PL239625B1 - Układ urządzeń instalacji wysokotemperaturowego zgazowywania bądź pirolizy odpadów i wtórnego spalania, dopalania w komorze wtórnego spalania oraz sposób automatycznej kontroli i redukcji spalających się gazów powstałych w instalacji podczas wysokotemperaturowych procesów zgazowywania odpadów - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest udoskonalony układ urządzeń instalacji wysokotemperaturowego zgazowywania bądź pirolizy odpadów i wtórnego spalania, dopalania oraz redukcji gazów i sposób automatycznej kontroli i tlenowej redukcji spalających się gazów przy znacznym obniżeniu powstawania tlenków azotu (NOx) w instalacji posiadającej komorę wtórnego spalania, podczas wysokotemperaturowych procesów zagazowywania odpadów.

W związku z działalnością przemysłową człowieka przetwarzającą odpady, powstają gazy odlotowe, które zazwyczaj zawierają szkodliwe dla otoczenia substancje chemiczne, które można przez utlenianie lub redukcję przekształcić w związki mniej szkodliwe lub nieszkodliwe dla otoczenia. Wzrastająca aktywność przemysłu sprawia, że powstaje coraz więcej odpadów, co powoduje, że z roku na rok rośnie ilość gazów emitowanych do atmosfery. Środowisko naturalne, przed groźnym w skutkach zanieczyszczeniem atmosfery, może zostać uchronione tylko przez bardziej wydajne instalacje i ich podzespoły, zapewniające wyższy stopień oczyszczania.

W zmieniającym się środowisku w związku z działalnością człowieka wytwarzającego odpady szkodliwe dla środowiska potrzeba technologii, które mogą zredukować ilość odpadów do obojętnego popiołu. Składowanie i zagospodarowanie terenu nie jest już odpowiednim sposobem na pozbycie się dużej części tych odpadów. Ostatnio stało się oczywiste, że lepszym podejściem jest generowanie energii, takiej jak ciepło i/lub elektryczność, z wykorzystaniem odpadów jako paliwa, ale i to powoduje wytwarzanie gazów, spalin zanieczyszczających atmosferę. Niekiedy wytwarzane odpady są po prostu zakopywane lub rozrzucane na lądzie (np. odpady zwierzęce i ludzkie substancje biologiczne), powodują poważne problemy z odciekami lub spływy, które zanieczyszczają lub powodują uszkodzenia dróg wodnych. Znaczącym tego przykładem są zakwity glonów, które rosną ze względu na wartość odżywczą nawozów. Niektóre z tych zakwitów mogą być trujące dla ludzi i życia morskiego, które wchodzą w kontakt z kwiatem, ale nawet łagodne zakwity glonów usuwają tlen z wody, gdy glony gniją, powodując zamieranie dużych ryb z powodu uduszenia.

Usuwanie odpadów na bazie węglowodorów w wysokiej temperaturze, np. przy spalaniu, było powszechną metodą zmniejszania ilości odpadów przez stulecia. Głównym problemem, który był rozważany tylko w ciągu ostatnich kilku dekad, jest zanieczyszczenie powietrza spowodowane takimi operacjami. W ostatnim czasie podjęto znaczne wysiłki i opracowano nowe technologie, aby radykalnie zmniejszyć emisję do powietrza spowodowaną złymi jakościowymi procesami wysokotemperaturowymi. Jednym z głównych zanieczyszczeń, które obecnie są mierzone i ograniczane przez prawie wszystkie rządowe agencje ochrony środowiska, jest emisja tlenków azotu, zapisywana jako NOx. Emisja NOx ma miejsce, gdy azot, obecny zarówno w odpadach, jak i w powietrzu dostarczanym do komory utleniania, tworzy różne struktury NOx. Nazywa się to często termicznym NOx lub niezamierzonym tworzeniem tlenków azotu w wysokiej temperaturze. Temperatura pracy większości komór pomocniczych mieści się w zakresie od 850°C do 1100°C, a tlenki azotu utworzą się w tych temperaturach, o ile podczas utleniania oparów występuje obfity azot i tlen.

Powodów do obaw o emisję NOx są kilka. NOx w niższej atmosferze tworzy ozon, który może powodować uszkodzenie płuc. NOx łączy się również z kroplami deszczu, tworząc kwaśne deszcze. Co więcej, NOx powoduje problemy ze smogiem, przyczynia się do powstawania cząsteczek atmosferycznych i jest szkodliwy dla większości typów roślin. Z powodu tych problemów stało się oczywiste, że emisje NOx muszą zostać ograniczone.

Zastosowano i stosuje się kilka metod redukcji emisji NOx, w tym zmniejszania dostępnego tlenu w komorze wtórnej do minimum, redukcji przy użyciu wstrzyknięcia mocznika lub roztworu amoniaku i innych rodzajów filtracji. Wiele z nich zadziałało, gdy normy emisji NOx były stosunkowo wysokie (np. 400 ppm), ale ostatnio normy emisji NOx zostały radykalnie zredukowane w wielu systemach prawnych. W niektórych przypadkach standardy te wynoszą 100 ppm lub mniej.

Biorąc pod uwagę presję ze strony agencji ochrony środowiska, aby zredukować emisję NOx do bardzo niskiego poziomu, dla projektantów systemów spalania odpadów istotne stało się znalezienie sposobu na ograniczenie emisji NOx bez ponoszenia zwiększonych kosztów operacyjnych. Koszty operacyjnych systemów redukcji zanieczyszczeń za pomocą wtrysku mocznika bądź amoniaku do komory wtórnego spalania w systemach z katalizatorami bądź bez (SCR i SNCR), są wysokie, przy czym nie gwarantują sprawności obniżenia emisji tlenków azotu ze względu na dużą ilość czynników kontrolujących reakcje redukcji NOx. Dlatego najlepiej obniżyć wartości NOx, stosując pewien rodzaj metodologii termofluidów, zanim spaliny wejdą do systemu mokrej bądź suchej filtracji gazów.

PL 239 625 B1

Znana jest z polskiego patentu nr PL 204946 instalacja do oczyszczania gazów odlotowych, system mineralizacji materiałów zawierających związki organiczne i sposób mineralizacji materiałów zawierających związki organiczne. W instalacji do oczyszczania gazów odlotowych, reaktor katalityczny zawiera co najmniej dwa reaktory katalityczne, które są połączone ze sobą po stronie katalitycznego dopalania kolektorem z króćcem, która tworzy stronę katalitycznego dopalania reaktora katalityczno-rewersyjnego, zaś po stronie dolotowo-odprowadzającej, która tworzy wyjście reaktora rewersyjno-przepływowego, są połączone zaworem rewersyjnym, przy czym zawór rewersyjny, w jednej z pozycji roboczych doprowadza gazy przeznaczone do oczyszczenia na wejście pierwszego reaktora i odprowadza jednocześnie gazy po oczyszczeniu z wejścia drugiego reaktora doprowadzając je do wejścia wtórnego reaktora katalitycznego, a w innej pozycji roboczej, doprowadza gazy przeznaczone do oczyszczenia na wejście drugiego reaktora i odprowadza jednocześnie gazy po oczyszczeniu z wejścia pierwszego reaktora doprowadzając je do wejścia wtórnego reaktora katalitycznego.

Znany jest z opisu patentowego nr PL/EP 1709364 system przetwarzania organicznych materiałów poprzez ich redukcję do związków nieorganicznych i sposoby przetwarzania organicznych materiałów energetycznych poprzez ich redukcję do związków nieorganicznych.

Znane jest rozwiązanie z opisu zgłoszenia patentu nr EP 0815392B1, gdzie instalacja zawiera pierwotną komorę do przyjmowania w niej materiału odpadowego przeznaczonego do zgazowania. Odpowietrznik do odprowadzania oparów pozwala na ucieczkę oparów z głównej komory. Komora mieszania przyjmuje opary z otworu do odprowadzania oparów. Opary następnie przepływają do komory dopalacza, gdzie palnik wytwarza płomień ogrzewający, aby spowodować dodatkowe pełne utlenianie składników dymu. Ściana dzieląca jest umieszczona pomiędzy komorą płomieniową a komorą pierwotną, aby wykluczyć, że płomień grzewczy nie przedostaje się do komory pierwotnej, a także wyklucza promieniowanie z płomienia ogrzewającego bezpośrednio wpływającego do komory pierwotnej, uniemożliwiając w ten sposób bezpośredni kontakt i fizyczn e zakłócenia w materiale odpadowym. Komora wymiany ciepła w połączeniu płynowym z komorą dopalacza przyjmuje z niej w pełni utlenione opary. Ciepło z pełnego utleniania oparów powoduje nagrzewanie komory wymiany ciepła. Komora główna ma podłogę przewodzącą ciepło i nakłada się ją na komorę wymiany ciepła, przy czym przewodząca ciepło podłoga jest umieszczona w układzie rozdzielającym pomiędzy nimi tak, aby umożliwić przewodzące i konwekcyjne ogrzewanie pierwotnej komory, powodując w ten sposób ogrzewanie odpadów. Otwór wylotowy w połączeniu płynowym z komorą wymiany ciepła umożliwia odprowadzanie oparów do otoczenia.

Znane jest rozwiązanie z opisu zgłoszenia międzynarodowego patentu nr WO2017068163A2, gdzie wynalazek dotyczy urządzenia do obróbki termicznej odpadów, zawierającego komorę pierwotną do odbierania materiału odpadowego przeznaczonego do spalenia, komory głównej z paleniskiem, układu transportowego przeznaczonego do transportu materiału odpadowego przez palenisko, komorę mieszania w płynnym połączeniu z komorą pierwotną; komorę wtórną w połączeniu z komorą mieszania i elementy do wprowadzania materiału odpadowego do komory pierwotnej, przy czym elementy komory wprowadzające materiał zawierają niekontrolowany przepływu powietrza i spalin przepływające przez komorę.

Znane jest rozwiązanie według opisu patentu koreańskiego nr KR20070117461 (A) oraz rozwiązanie według opisu patentu japońskiego JPH10185137(A), gdzie ogólnie przedstawiono prosty układ urządzeń instalacji wysokotemperaturowego zagazowywania odpadów oraz pyrolizy odpadów, przy czym układ nie zawiera komory o specjalnej konstrukcji zmieniającej prędkość przepływu gazów przez układ urządzeń, ich recyrkulację i redukcję oraz kontrolę.

Celem wynalazku jest udoskonalenie, ulepszenie komory wtórnej dopalania gazów powstałych w wyniku zgazowywania organicznego bądź nieorganicznego materiału w instalacji sterowanej, automatycznej zgazowywania odpadów i jednocześnie oczyszczenie gazów powstałych podczas zgazowywania poprzez redukcje, utlenienie w drugiej komorze spalania oraz sposób graniczenia emisji gazów powstałych podczas zgazowywania zwłaszcza tlenków azotu. Gazy i opary węglowodorów generowane w piecu spalania bądź zgazowywania, komorze pierwotnej wchodzą do pierwszej strefy komory wtórnej dopalania i mieszania, gdzie ich zawartość w przepływie powinna być bezwzględnie kontrolowana i mieszana automatycznie o określonej zawartości i składzie w określonych warunkach czasowych i temperaturze z dostarczanym z powietrzem (tlenem) i zawróconymi gazami spalarniami. Szczególnym celem tego wynalazku jest zmniejszenie lub nawet wyeliminowanie procesu formowania tlenków azotu (NOx).

Układ urządzeń instalacji wysokotemperaturowego zgazowywania bądź pyrolizy odpadów i wtórnego spalania, dopalania oraz redukcji gazów zawiera co najmniej komorę pierwotną spalania, która

PL 239 625 B1 ma załadunek odpadów poprzez drzwi bądź zamykany wsyp, palnik gazowy i wentylator dozujący powietrze do spalania, komorę wtórną spalania gazów z palnikiem gazowym bądź olejowym, czujnikiem temperatury i która połączona jest z wentylatorem oraz połączona jest poprzez kanały z urządzeniem odzyskującym ciepło gazów spalania w postaci wymiennika, urządzeniem filtracyjnym gazy spalania, kominem poprzez kanał i wentylator według wynalazku charakteryzuje się tym, że komora wtórnego spalania gazów jest co najmniej podwójna i ma dwie wzajemnie połączone strefy, strefę mieszania i dopalania i strefę przyspieszania i dopalania, przy czym strefa mieszania i dopalania gazów ma dodatkowo strefę narożną o kącie pochylenia 90° - /+15° i jest o minimum dwukrotnie większej powierzchni przepływu gazów niż strefa przyspieszania i dopalania gazów komory wtórnego spalania oraz strefa przyspieszania zawiera tak konstrukcyjnie dobraną geometrię powierzchni przekroju, że prędkość przepływu gazów w strefie przyspieszania i dopalania wynosi powyżej 6 m/s, a czas przebywania cząsteczki gazu w strefie przyspieszania i dopalania jest przynajmniej dwukrotnie mniejszy niż czas przebywania cząsteczki gazu w strefie przyspieszania i dopalania, ponadto strefa przyspieszania i dopalania gazów ma zespół czujników i sterownik monitorująco-kontrolny przepływ gazów zwrotnych z komina oraz świeżego powietrza doprowadzanego kanałem doprowadzającym.

Korzystnie komora wtórnego spalania w strefie przyspieszania i dopalania gazu w części końcowej posiada zespół czujników temperatury, który następnie jest połączony z czujnikiem temperatury oraz połączony jest poprzez przewód ze sterownikiem procesu wyboru czujnika zespołu czujników temperatury oraz sterownik połączony jest przewodem z czujnikiem tlenu gazów dopalających się w strefie komory wtórnej spalania i połączony jest przewodem z czujnikiem stężenia tlenu dopalonych gazów w kanale komory wtórnej, a także połączony jest zwrotnym przewodem ze sterownikiem procesu w komorze oraz z przepustnicą i wentylatorem wlotu świeżego powietrza zamontowanym w kanale doprowadzającym.

Korzystnie strefa mieszania i dopalania gazów usytuowana jest w osi komory wtórnej spalania i strefy przyspieszania i dopalania gazów, albo strefa przyspieszania i dopalania gazów jest przesunięta z osi komory wtórnej spalania strefy mieszania i dopalania gazów.

Sposób automatycznej kontroli i redukcji spalających gazów powstałych w instalacji podczas wysokotemperaturowych procesów zgazowywania odpadów zgodnie z ww. układem urządzeń według wynalazku charakteryzuje się tym, że gazy spalania powstałe w komorze pierwotnej spalania o temperaturze od 300°C do 1000°C wpływają przez kanał strumieniem turbulentnym wymuszonym przez ciąg ssący i ciśnienie w komorze do komory wtórnego spalania do strefy mieszania i dopalania, gdzie mieszają się z mieszaniną gazów ze świeżego powietrza i zawróconymi gazami spalania z komina tłoczonymi przez wentylator tłoczący umiejscowiony w strefie wolnego przepływu komory wtórnego spalania, przy czym powstała po wymieszaniu mieszanina gazów ma temperaturę 850°C do 1600°C oraz posiada niską prędkość przepływu od 3 m/s do 6 m/s, oraz płonące gazy ze strefy wolnego przepływu przechodzą turbulentnym strumieniem poprzez strefę narożną komory i wpływają do strefy szybkiego przepływu, która wymusza przyspieszenie prędkości gazów powyżej 6 m/s, gdzie gaz zmienia charakterystykę przepływu z turbulentnej na laminarną, następnie gazy wpływające laminarnym strumieniem już jako dopalone gazy przez kanał wylotowy posiadają temperaturę przekraczającą 800°C, płyną dalej do kolejnych urządzeń instalacji, urządzenia odzyskania ciepła w postaci wymiennika rurowego, gdzie oddają pozostałe ciepło ogrzewając wodę lub/i parę, płyną poprzez urządzenie filtracyjne, gdzie są oczyszczane z chloru, siarki, metali ciężkich i innych zanieczyszczeń i już jako oczyszczone gazy są wtłaczane poprzez wentylator do komina i dalej płyną do atmosfery, ponadto kompleksowy proces dopalania gazów w komorze wtórnej odbywa się w stałej temperaturze i jest regulowana przez sterownik procesu czujników, czujnik temperatury, czujnik tlenu i zespół czujników.

Korzystnie czujnik stężenia tlenu zamontowany w kanale wylotowym z komory wtórnego spalania monitoruje stężenie tlenu w gazach wylotowych wysyłając sygnał do automatycznego sterownika procesu, który to w zależności od ustawienia sterownika procesu reguluje ilość dostarczanego świeżego powietrza wraz z częścią zawróconych gazów spalarniach wylatujących przez komin wylotowy i zasysanych przez wentylator, który to wtłacza je ze świeżym powietrzem z powrotem do komory wtórnego spalania, aby utrzymać stężenie od 4% do 11% tlenu w kanale wylotowym przez zamykanie bądź otwieranie automatycznego zaworu, ponadto gdy temperatura monitorowana gazów przez czujnik temperatury lub którykolwiek czujnik z zespołu czujników temperatury wzrasta powyżej zadanej temperatury procesu ustawionej na sterowniku kontrolującym proces i temperaturę procesu, sterownik zwiększa prędkość obrotową wentylatora, czego rezultatem jest zwiększenie objętości wtłaczanej mieszanki ga

PL 239 625 B1 zów spalarniach ze świeżym powietrzem w celu schłodzenia płonących gazów w komorze wtórnej spalania do temperatury operacyjnie przekraczającej 850°C, przy czym gdy temperatura monitorowana przez czujnik temperatury bądź którykolwiek z zespołu czujników temperatury spada poniżej zadanej temperatury 850°C procesu ustawionej na sterowniku kontrolującym proces, sterownik procesu zmniejsza prędkość obrotową wentylatora, czego rezultatem jest zmniejszenie objętości wtłaczanej mieszanki gazów spalarniach ze świeżym powietrzem w celu podniesienia temperatury płonących gazów w komorze wtórnej spalania do temperatury żądanej przekraczającej 850°C.

Korzystnie czujnik temperatury w połączeniu z zespołem czujników temperatury zamontowanym w strefie szybkiego przepływu w oparciu o pomiary stężenia tlenu monitorowane przez czujnik tlenu zainstalowany w kanale poprzez sterownik procesu steruje procesem spalania zachodzącym w komorze wtórnego spalania, natomiast kiedy wartość kaloryczna wsadu w komorze zaczyna spadać, następuje zmniejszenie prędkości, zwiększenie czasu przepływu gazów przez strefy wolnego i szybkiego przepływu, a także następuje obniżenie sprawności w strefach komory wtórnego spalania, to wówczas jeden z zespołu czujników temperatury bliższych strefie wolnego przepływu zostaje wybrany przez sterownik procesu jako czujnik sterujący procesem spalania, który kontroluje proces i temperaturę spalania, ponadto kiedy wartość kaloryczna wsadu w komorze zaczyna rosnąć, następuje zmniejszenie jego stężenia w gazach wylotowych oraz następuje zwiększenie prędkości przepływu gazów przez strefy wolnego i szybkiego przepływu, a także następuje obniżenie sprawności utleniania strefy wolnego przepływu to wówczas jeden z zespołu czujników temperatury bliższych kanałowi wylotowemu ze strefy szybkiego przepływu zostaje wybrany przez sterownik procesu jako czujnik sterujący procesem spalania, który kontroluje proces i temperaturę spalania.

Niniejszy wynalazek opisuje udoskonaloną komorę wtórną spalania, dopalania gazów ze sterowaniem ich przepływu i dopalania w instalacji zgazowywania wysokotemperaturowego odpadów szczególnie we wtórnej komorze spalania dopalania i sposób automatycznej kontroli i redukcji gazów powstałych w instalacji podczas wysokotemperaturowych procesów zgazowywania odpadów. Ta metoda może obniżyć koszty operacyjne związane z ochroną środowiska i wymaganiami redukcji poprzez powstrzymywanie wytwarzania tlenków azotu w dopalającej lub wtórnej komorze instalacji.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest na rysunkach, schematach wykonania, gdzie fig. 1 przedstawia udoskonaloną komorę wtórną spalania, dopalania sterowaną automatycznie ze strefami przepływu i dopalania gazów przesuniętymi z osi, fig. 2 przedstawia udoskonaloną komorę wtórną spalania, dopalania sterowaną automatycznie ze strefami przepływu i dopalania w osi, fig. 3 przedstawia układ urządzeń instalacji do zagazowywania odpadów i oczyszczania gazów z udoskonaloną komorą wtórną spalania, dopalania i sterowaną automatycznie ze strefami przepływu.

Układ urządzeń instalacji wysokotemperaturowego zgazowywania odpadów i wtórnego spalania, dopalania oraz redukcji gazów zawierający co najmniej komorę 10 pierwotną spalania, zgazowywania bądź pyrolizy, która ma załadunek odpadów 19 poprzez drzwi bądź zamykany wsyp 11, palnik 12 gazowy i wentylator 13 dozujący powietrze do spalania, komorę 29 wtórną spalania gazów 20 z palnikiem 22 gazowym bądź olejowym, czujnikiem 30 temperatury i która połączona jest z wentylatorem 21 oraz połączona jest poprzez kanały z pozostałymi urządzeniami instalacji, urządzeniem 18 odzyskującym ciepło gazów spalania, w postaci wymiennika, urządzeniem 14 filtracyjnym gazy spalania, kominem 16 poprzez kanały i wentylator 15 charakteryzuje się tym, że komora 29 wtórnego spalania gazów 20 jest co najmniej podwójna i ma dwie wzajemnie połączone strefy, strefę 28a mieszania i dopalania i strefę 28 przyspieszania i dopalania, przy czym strefa 28a mieszania i dopalania gazów 20A ma dodatkowo strefę narożną 24 o kącie pochylenia 90° - /+15° i jest o minimum dwukrotnie większej powierzchni przepływu gazów niż strefa 28 przyspieszania i dopalania gazów 20B komory 29 wtórnego spalania oraz strefa 28 przyspieszania zawiera tak konstrukcyjnie dobraną geometrię powierzchni przekroju, że prędkość przepływu gazów 20B w strefie 28 przyspieszania i dopalania wynosi powyżej 6 m/s, a czas przebywania cząsteczki gazu 20A w strefie 28a jest przynajmniej dwukrotnie mniejszy niż czas przebywania cząsteczki gazu 20B w strefie 28 przyspieszania i dopalania, ponadto strefa 28 przyspieszania i dopalania gazów ma zespół czujników 36 i sterownik 33 monitorująco-kontrolujący przypływ gazów zwrotnych z komina 16 oraz świeżego powietrza 25 doprowadzonego kanałem doprowadzającym.

Komora 29 wtórnego spalania posiada tak dobraną geometrię powierzchni przekroju przepływu gazów 20A, gdzie prędkość przepływu w strefie 28a mieszania i dopalania wynosi od 3 m/s do 6 m/s, a w strefie 28 przyspieszenia i dopalania wymuszająca prędkość przepływu gazów 20B jest powyżej 6 m/s oraz czas przebywania cząsteczki gazu 20A w strefie 28a mieszania i dopalania gazów 20A komory 29

PL 239 625 B1 jest przynajmniej dwukrotnie mniejszy niż czas przebywania cząsteczki gazu 20B w strefie 28 przyspieszenia i dopalania.

Komora 29 wtórnego spalania w strefie 28 przyspieszania i dopalania gazu 20B w części końcowej posiada zespół czujników 36 temperatury, który następnie jest połączony z czujnikiem 30 temperatury oraz połączony jest poprzez przewód 38 ze sterownikiem 33 procesu wyboru czujnika 36 zespołu czujników temperatury oraz sterownik 33 połączony jest przewodem 39 z czujnikiem 32 tlenu gazów 20B dopalających się w strefie 28 komory 29 wtórnej spalania i połączony jest przewodem 39 z czujnikiem 32 stężenia tlenu dopalonych gazów 20B w kanale 35 komory 29 wtórnej, a także połączony jest zwrotnym przewodem 39 z sterownikiem 33 procesu w komorze 29 oraz z przepustnicą 26 i wentylatorem 21 wlotu świeżego powietrza 25 zamontowanym w kanale doprowadzającym.

Strefa 28a mieszania i dopalania gazów 20A usytuowana jest w osi komory 29 wtórnej spalania i strefy 28 przyspieszania i dopalania gazów 20B, albo strefa 28 przyspieszania i dopalania gazów 20B jest przesunięta z osi komory 29 wtórnej spalania strefy 28a mieszania i dopalania gazów 20A.

Sposób automatycznej kontroli i redukcji spalających gazów powstałych w instalacji podczas wysokotemperaturowych procesów zgazowywania odpadów charakteryzuje się tym, ze gazy 20 spalania powstałe w komorze 10 pierwotnej spalania, zgazowywania bądź pyrolizy odpadów 19 o temperaturze od 300°C do 1000°C, która zależy od rodzaju zgazowywanych odpadów 19 wpływają przez kanał 23 strumieniem turbulentnym wymuszonym przez ciąg ssący bądź ciśnienie w komorze 10 do komory 29 wtórnego spalania, do strefy 28a mieszania i dopalania, gdzie mieszają się z mieszaniną gazów składającą się ze świeżego powietrza 25 i zawróconymi gazami 27 spalania z komina 16, tłoczonymi przez wentylator 21 tłoczący umiejscowiony w strefie 28a wolnego przepływu komory 29 wtórnego spalania, przy czym powstała po wymieszaniu mieszanina gazów 29A ma temperaturę 850°C do 1600°C, prędkość przepływu od 3 m/s do 6 m/s. Powoduje to samozapłon powstałej mieszanki gazów 20A, wytworzenie egzotermicznej reakcji chemicznej zwanej płomieniem oraz powoduje turbulentne spalanie różnorodnych struktur węglowodorowych i ich redukcje do elementarnych cząsteczek i wówczas następuje regulowany zakres prędkości przepływu gazów (20A), zwiększa się sprawność procesu utleniania, a powstające czoło płomienia płonącego gazu 20A osiąga temperaturę 1600°C strefowo, co powoduje dalsze utlenianie związków węglowodorowych oraz powoduje przyspieszenie reakcji rozpadu i spalania lotnych związków organicznych LZO (ang. VOC), tlenku węgla oraz różnorodnych toksycznych struktur węglowodorowych jak dioksyny oraz furany, a także następuje ich redukcja, ponadto wysokotemperaturowe spalenie gazów 20A palnych w strefie 28a wolnego przepływu powoduje, że po utlenieniu lotnych związków organicznych wolne jony azotu w obecności jonów tlenu zaczynają łączyć się tworząc cząsteczki NOx. Następnie płonące gazy 20A ze strefy 28a wolnego przepływu przechodzą turbulentnym strumieniem poprzez strefę narożną 24 komory 29 i wpływają do strefy 28 szybkiego przepływu, która wymusza przyspieszenie prędkości gazów 20A powyżej 6 m/s oraz zatrzymuje się formowanie płomienia, zatrzymuje się silnie egzotermiczna reakcja spalania płomieniowego, obniża się temperatura gazów 20A do temperatury minimum 850°C i jednocześnie znacznie redukuje się chemiczna aktywność i zdolność łączenia atomów azotu z tlenem, a powstające już gazy 20B w strefie 28 szybkiego przepływu mają już prędkość powyżej 6 m/s, zmienioną charakterystykę przepływu z turbulentnej na laminarną, co przeciwdziała tworzeniu się stref wolnego przepływu, natomiast wysoka temperatura wygenerowana w strefie wolnego przepływu 28a zasila już strefę szybkiego przepływu 28 zapewniając wystarczającą ilość energii cieplnej potrzebnej do utrzymania temperatury przekraczającej 850°C i parametrów spalania gazów 20B w komorze 29 wtórnego spalania. Ponadto, gazy 20B wpływające laminarnym strumieniem już jako dopalone gazy 20B przez kanał 35 wylotowy mają temperaturę przekraczającą 800°C i płyną dalej do kolejnych urządzeń w instalacji, urządzenia 18 odzyskania ciepła w postaci wymiennika rurowego, gdzie oddają pozostałe ciepło ogrzewając wodę lub/i parę, płyną poprzez urządzenie 14 filtracyjne, gdzie są oczyszczane z chloru, siarki, metali ciężkich i innych zanieczyszczeń i już jako oczyszczone gazy 17 są wtłaczane poprzez wentylator 15 do komina 16 i dalej płyną do atmosfery. Kompleksowy proces dopalania gazów 20 w komorze 29 wtórnej odbywa się w stałej temperaturze w zakresie 850°C do 1600°C i jest regulowany przez sterownik 33 procesu, czujnik 30 temperatury, czujnik 32 tlenu, zespół czujników 36, ponadto czas przebywania gazów 20A w strefie wolnego przepływu 28a jest mniejszy niż czas przebywania gazów 20B w strefie 28 szybkiego przepływu i dopalania gazów 20 komory 29 wtórnego spalania. Gazy 20A przepływając przez strefę narożną 24 zmieniają kierunek przepływu, znacząco redukują swoją prędkość, poniżej 3 m/s w czasie poniżej 0, 5 sekundy, czego rezultatem jest dopalenie pozostałych struktur węglowodorowych charakteryzujących się niższą prędkością zapłonu, dopalenia.

PL 239 625 B1

Czujnik 32 stężenia tlenu zamontowany w kanale 35 wylotowym z komory 29 wtórnego spalania monitoruje stężenie tlenu w gazach 20B wylotowych wysyłając sygnał do automatycznego sterownika 33 procesu, który to w zależności od ustawienia sterownika 33 procesu reguluje ilość dostarczanego świeżego powietrza 25 wraz z częścią zawróconych gazów 27 spalarniach wylatujących przez komin 16 wylotowy i zasysanych przez wentylator 21, który to wtłacza je ze świeżym powietrzem 25 z powrotem do komory 29 wtórnego spalania, aby utrzymać stężenie od 4% do 11% tlenu w kanale 35 wylotowym przez zamykanie bądź otwieranie automatycznego zaworu 26, ponadto gdy temperatura monitorowana gazów 20B przez czujnik 30 temperatury lub którykolwiek czujnik z zespołu czujników 36 temperatury wzrasta powyżej zadanej temperatury procesu ustawionej na sterowniku 33 kontrolującym proces i temperaturę procesu, sterownik 33 zwiększa prędkość obrotową wentylatora 21, czego rezultatem jest zwiększenie objętości wtłaczanej mieszanki gazów spalarniach 27 ze świeżym powietrzem 25 w celu schłodzenia płonących gazów 20B w komorze 29 wtórnej spalania do temperatury operacyjnej przekraczającej 850°C, przy czym gdy temperatura monitorowana przez czujnik 30 temperatury bądź którykolwiek z zespołu czujników 36 temperatury spada poniżej zadanej temperatury 850°C procesu ustawionej na sterowniku 33 kontrolującym proces, sterownik 33 procesu zmniejsza prędkość obrotową wentylatora 21, czego rezultatem jest zmniejszenie objętości wtłaczanej mieszanki gazów spalarniach 27 ze świeżym powietrzem 25 w celu podniesienia temperatury płonących gazów 20B w komorze 29 wtórnej spalania do temperatury żądanej nieznacznie przekraczającej 850°C. Czujnik 30 temperatury w połączeniu z zespołem czujników 36 temperatury zamontowanym w strefie 28 szybkiego przepływu w oparciu o pomiary stężenia tlenu monitorowane przez czujnik 32 tlenu zainstalowany w kanale 35 poprzez sterownik 33 procesu steruje procesem spalania zachodzącym w komorze 29 wtórnego spalania, natomiast kiedy wartość kaloryczna wsadu 19 w komorze 10 zaczyna spadać, wyprodukowane gazy 20 charakteryzują się niższą kalorycznością, następuje zmniejszenie się objętości gazów 20 wchodzących do komory 29 wtórnego spalania, zmniejsza się zapotrzebowanie na tlen pochodzący z powietrza 25, następuje zwiększenie jego stężenia w gazach 20B wylotowych oraz następuje zmniejszenie prędkości, zwiększenie czasu przepływu gazów 20A i 20 B przez strefy 28a i 28 wolnego i szybkiego przepływu, a także następuje obniżenie sprawności w strefach komory 29 wtórnego spalania i kiedy zmniejszenie dopływu świeżego powietrza 25 przez zamkniecie zaworu 26 nie przynosi oczekiwanych rezultatów, a gazy 20A zmniejszają swoją prędkość przepływu oraz jednocześnie zwiększa się czas przebywania w komorze 29 wtórnego spalania, to wówczas jeden z zespołu czujników 36 temperatury bliższych strefie 28a wolnego przepływu zostaje wybrany przez sterownik procesu 33 jako czujnik sterujący procesem spalania, który kontroluje proces i temperaturę spalania oraz powoduje zmniejszenie wydłużonego czasu przebywania cząsteczki gazu 20A w warunkach wysokotemperaturowych, co przeciwdziała powstawaniu cząsteczek NOx, ponadto, w przypadku kiedy wartość kaloryczna wsadu 19 w komorze 10 zaczyna rosnąć, wyprodukowane gazy 20 będą charakteryzować się wyższą kalorycznością, zwiększa się objętości mieszanki gazów 20 wchodzących do komory 29 wtórnego spalania, zwiększa się zapotrzebowania na tlen pochodzący z powietrza 25, następuje zmniejszenie jego stężenia w gazach 20B wylotowych oraz następuje zwiększenie prędkości przepływu gazów 20A i 20B przez strefy 28a i 28 wolnego i szybkiego przepływu, a także następuje obniżenie sprawności utleniania strefy 28a wolnego przepływu, a kiedy zwiększenie dopływu świeżego powietrza 25 przez otwarcie zaworu 26 nie przynosi oczekiwanych rezultatów i gazy 20A zwiększają swoją prędkość przepływu, redukuje się ich czas przebywania w komorze 29 wtórnego spalania, to wówczas jeden z zespołu czujników 36 temperatury bliższych kanałowi wylotowemu 35 ze strefy 28 szybkiego przepływu zostaje wybrany przez sterownik procesu 33 jako czujnik sterujący procesem spalania, kontroluje proces i temperaturę spalania oraz powoduje wydłużenie czasu przebywania cząsteczki gazu 20A w warunkach wysokotemperaturowych, co poprawia sprawność utleniania redukcyjną komory i powoduje dopalenie, redukcje LZO oraz przeciwdziała nadmiernemu powstaniu cząsteczek NOx. Sterowanie komorą 29 pozwala poddawać termalnemu wysokotemperaturowemu zgazowywaniu odpady o nieznanej, bądź zmiennej wartości energetycznej, utrzymując przy tym wysoką sprawność spalania w komorze 29 wtórnej spalania przy obniżonej produkcji NOx.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ urządzeń instalacji wysokotemperaturowego zgazowywania bądź pyrolizy odpadów i wtórnego spalania, dopalania oraz redukcji gazów zawiera co najmniej komorę (10) pierwotną spalania, która ma załadunek odpadów (19) poprzez drzwi bądź zamykany wsyp (11),

   PL 239 625 B1 palnik (12) gazowy i wentylator (13) dozujący powietrze do spalania, komorę (29) wtórną spalania gazów (20) z palnikiem (22) gazowym bądź olejowym, czujnikiem (30) temperatury i która połączona jest z wentylatorem (21) oraz połączona jest poprzez kanały z urządzeniem (18) odzyskującym ciepło gazów spalania w postaci wymiennika, urządzeniem (14) filtracyjnym gazy spalania, kominem (16) poprzez kanał i wentylator (15), znamienny tym, że komora (29) wtórnego spalania gazów (20) jest co najmniej podwójna i ma dwie wzajemnie połączone strefy, strefę (28a) mieszania i dopalania i strefę (28) przyspieszania i dopalania, przy czym strefa (28a) mieszania i dopalania gazów (20A) ma dodatkowo strefę narożną (24) o kącie pochylenia 90° - /+15° i jest o minimum dwukrotnie większej powierzchni przepływu gazów niż strefa (28) przyspieszania i dopalania gazów (20B) komory (29) wtórnego spalania oraz strefa (28) przyspieszania zawiera tak konstrukcyjnie dobraną geometrię powierzchni przekroju, że prędkość przepływu gazów (20B) w strefie (28) przyspieszania i dopalania wynosi powyżej 6 m/s, a czas przebywania cząsteczki gazu (20A) w strefie (28a) jest przynajmniej dwukrotnie mniejszy niż czas przebywania cząsteczki gazu (20B) w strefie (28) przyspieszania i dopalania, ponadto strefa (28) przyspieszania i dopalania gazów ma zespół czujników (36) i sterownik (33) monitorująco-kontrolujący przypływ gazów zwrotnych z komina (16) oraz świeżego powietrza (25) doprowadzonego kanałem doprowadzającym.
2. 2. Układ według zastrz. 1 znamienny tym, że komora (29) wtórnego spalania w strefie (28) przyspieszania i dopalania gazu (20B) w części końcowej posiada zespół czujników (36) temperatury, który następnie jest połączony z czujnikiem (30) temperatury oraz połączony jest poprzez przewód (38) ze sterownikiem (33) procesu wyboru czujnika (36) zespołu czujników temperatury oraz sterownik (33) połączony jest przewodem (39) z czujnikiem (32) tlenu gazów (20B) dopalających się w strefie (28) komory (29) wtórnej spalania i połączony jest przewodem (39) z czujnikiem (32) stężenia tlenu dopalonych gazów (20B) w kanale (35) komory (29) wtórnej, a także połączony jest zwrotnym przewodem (39) ze sterownikiem (33) procesu w komorze (29) oraz z przepustnicą (26) i wentylatorem (21) wlotu świeżego powietrza (25) zamontowanym w kanale doprowadzającym.
3. 3. Układ według zastrz. 1 znamienny tym, że strefa (28a) mieszania i dopalania gazów (20A) usytuowana jest w osi komory (29) wtórnej spalania i strefy (28) przyspieszania i dopalania gazów (20B), albo strefa przyspieszania i dopalania gazów (20B) komory (29) jest przesunięta z osi komory (29) wtórnej spalania strefy (28a) mieszania i dopalania gazów (20A).
4. 4. Sposób automatycznej kontroli i redukcji spalających gazów powstałych w instalacji podczas wysokotemperaturowych procesów zgazowywania odpadów zgodne z układem urządzeń jak w zastrz. 1 znamienny tym, że gazy (20) spalania powstałe w komorze (10) pierwotnej spalania o temperaturze od 300°C do 1000°C wpływają przez kanał (23) strumieniem turbulentnym wymuszonym przez ciąg ssący i ciśnienie w komorze (10) do komory (29) wtórnego spalania do strefy (28a) mieszania i dopalania, gdzie mieszają się z mieszaniną gazów z świeżego powietrza (25) i zawróconymi gazami (27) spalania z komina (16) tłoczonymi przez wentylator (21) tłoczący umiejscowiony w strefie (28a) wolnego przepływu komory (29) wtórnego spalania, przy czym powstała po wymieszaniu mieszanina gazów (20A) ma temperaturę 850°C do 1600°C oraz posiada niską prędkość przepływu od 3 m/s do 6 m/s, oraz płonące gazy (20A) ze strefy (28a) wolnego przepływu przechodzą turbulentnym strumieniem poprzez strefę narożną (24) komory (29) i wpływają do strefy (28) szybkiego przepływu, która wymusza przyspieszenie prędkości gazów (20B) powyżej 6 m/s, gdzie gaz zmienia charakterystykę przepływu z turbulentnej na laminarną, następnie gazy (20B) wpływające laminarnym strumieniem już jako dopalone gazy (20B) przez kanał (35) wylotowy posiadają temperaturę przekraczającą 800°C, płyną dalej do kolejnych urządzeń instalacji, urządzenia (18) odzyskania ciepła w postaci wymiennika rurowego, gdzie oddają pozostałe ciepło ogrzewając wodę lub/i parę, płyną poprzez urządzenie (14) filtracyjne, gdzie są oczyszczane z chloru, siarki, metali ciężkich i innych zanieczyszczeń i już jako oczyszczone gazy (17) są wtłaczane poprzez wentylator (15) do komina (16) i dalej płyną do atmosfery, ponadto kompleksowy proces dopalania gazów (20) w komorze (29) wtórnej odbywa się w stałej temperaturze i jest regulowany przez sterownik (33) procesu czujników, czujnik (30) temperatury, czujnik (32) tlenu, zespół czujników (36).
5. 5. Sposób według zastrz. 4 znamienny tym, że czujnik (32) stężenia tlenu zamontowany w kanale (35) wylotowym z komory (29) wtórnego spalania monitoruje stężenie tlenu w gazach (20B) wylotowych wysyłając sygnał do automatycznego sterownika (33) procesu, który

   PL 239 625 B1 to w zależności od ustawienia sterownika (33) procesu reguluje ilość dostarczanego świeżego powietrza (25) wraz z częścią zawróconych gazów (27) spalarnianych wylatujących przez komin (16) wylotowy i zasysanych przez wentylator (21), który to wtłacza je ze świeżym powietrzem (25) z powrotem do komory (29) wtórnego spalania, aby utrzymać stężenie od 4% do 11% tlenu w kanale (35) wylotowym przez zamykanie bądź otwieranie automatycznego zaworu (26), ponadto gdy temperatura monitorowana gazów (20B) przez czujnik (30) temperatury lub którykolwiek czujnik z zespołu czujników (36) temperatury wzrasta powyżej zadanej temperatury procesu ustawionej na sterowniku (33) kontrolującym proces i temperaturę procesu, sterownik (33) zwiększa prędkość obrotową wentylatora (21), czego rezultatem jest zwiększenie objętości wtłaczanej mieszanki gazów spalarnianych (27) ze świeżym powietrzem (25) w celu schłodzenia płonących gazów (20B) w komorze (29) wtórnej spalania do temperatury operacyjnej nieznacznie przekraczającej 850°C, przy czym gdy temperatura monitorowana przez czujnik (30) temperatury bądź którykolwiek z zespołu czujników (36) temperatury spada poniżej zadanej temperatury 850°C procesu ustawionej na sterowniku (33) kontrolującym proces, sterownik (33) procesu zmniejsza prędkość obrotową wentylatora (21), czego rezultatem jest zmniejszenie objętości wtłaczanej mieszanki gazów spalarnianych (27) ze świeżym powietrzem (25) w celu podniesienia temperatury płonących gazów (20B) w komorze (29) wtórnej spalania do temperatury żądanej przekraczającej 850°C.
6. 6. Sposób według zastrz. 4 znamienny tym, że czujnik (30) temperatury w połączeniu z zespołem czujników (36) temperatury zamontowanym w strefie (28) szybkiego przepływu w oparciu o pomiary stężenia tlenu monitorowane przez czujnik (32) tlenu zainstalowany w kanale (35) poprzez sterownik (33) procesu steruje procesem spalania zachodzącym w komorze (29) wtórnego spalania, natomiast kiedy wartość kaloryczna wsadu (19) w komorze (10) zaczyna spadać, następuje zmniejszenie prędkości, zwiększenie czasu przepływu gazów (20A i 20B) przez strefy (28a) i (28) wolnego i szybkiego przepływu, a także następuje obniżenie sprawności w strefach komory (29) wtórnego spalania, to wówczas jeden z zespołu czujników (36) temperatury bliższych strefie (28a) wolnego przepływu zostaje wybrany przez sterownik procesu (33) jako czujnik sterujący procesem spalania, który kontroluje proces i temperaturę spalania, ponadto, w przypadku kiedy wartość kaloryczna wsadu (19) w komorze (10) zaczyna rosnąć, następuje zmniejszenie jego stężenia w gazach (20B) wylotowych oraz następuje zwiększenie prędkości przepływu gazów (20A i 20B) przez strefy (28a) i (28) wolnego i szybkiego przepływu, a także następuje obniżenie sprawności utleniania strefy (28a) wolnego przepływu to wówczas jeden z zespołu czujników (36) temperatury bliższych kanałowi wylotowemu (35) ze strefy (28) szybkiego przepływu zostaje wybrany przez sterownik procesu (33) jako czujnik sterujący procesem spalania, który kontroluje proces i temperaturę spalania.