PL240502B1

PL240502B1 - Sposób termicznej utylizacji odpadów komunalnych i/lub osadów ściekowych

Info

Publication number: PL240502B1
Application number: PL424346A
Authority: PL
Inventors: Roman Wagner; Zbigniew Wzorek; Maciej Chorzelski
Original assignee: S E A Wagner Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2022-04-19
Also published as: PL424346A1

Abstract

Sposób termicznej utylizacji odpadów komunalnych i/lub osadów ściekowych polegający na tym, że rozdrobnione odpady komunalne i/lub osady ściekowe podaje się do pieca, w którym prowadzi się proces spalania, a uzyskane ciepło wykorzystuje się w procesie technologicznym, przy czym część produktów gazowych, które uległy skropleniu przetwarza się na witryfikaty, zaś pozostałe produkty gazowe po oczyszczeniu i odpyleniu kieruje się do atmosfery, charakteryzuje się tym, że proces spalania prowadzi się w pionowym reaktorze (1), w którym utrzymuje się pięć głównych, przenikających się stref prowadzenia procesu, przy czym w pierwszej strefie (A) utrzymuje się temperaturę 450 - 600°C, w drugiej strefie (B) utrzymuje się temperaturę 600 - 850°C, w trzeciej strefie (C) utrzymuje się temperaturę 850 - 1150°C, w czwartej strefie (D) temperaturę 1150 - 1400°C, a w piątej strefie (E) temperaturę 1400 - 1550°C. Do pierwszej strefy (A) wprowadza się rozdrobnione odpady komunalne i/lub osady ściekowe przy pomocy pierwszego zespołu dysz parowych (2). W drugiej strefie (B) spala się ciekłe paliwo i rozpyla się reagenty przy pomocy drugiego zespołu dysz parowych (3). W trzeciej strefie (C), czwartej strefie (D) i piątej strefie (E) z udziałem zewnętrznie recyrkulowanych gazów spalinowych produktom i substratom nadaje się ruch wirowy przy pomocy drugiego zespołu dysz parowych (3). Do czwartej strefy (D) wprowadza się i rozpyla się szlamy odpadów komunalnych i/lub osadów ściekowych przy pomocy szlamowej dyszy parowej (8). Do piątej strefy (E) wprowadza się i spala ciekłe paliwo i/lub syn gaz.

Description

PL 240 502 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób termicznej utylizacji odpadów komunalnych i/lub osadów ściekowych umożliwiający pozyskanie taniej energii bez negatywnych skutków dla zdrowia ludzi i środowiska.

Znane są technologie do spalania odpadów w małej i dużej skali, które wymagają oczyszczania spalin tradycyjnymi metodami. Takie technologie wymagają zastosowania skomplikowanych technicznie dla obsługi i remontów urządzeń do oczyszczania spalin, wytwarzają odpady stałe z depozytami węgla takie jak szlaka, żużle, pyły oraz odpady ciekłe z oczyszczania spalin z zawartością dioksyn.

Wszystkie znane technologie spalania, komorowe stałe i obrotowe, rusztowe i fluidalne oraz termicznego przekształcania w warunkach pirolizy lub zgazowania wymagają kosztownych metod oczyszczania i utylizacji pozostałości procesowych.

Utylizowane odpady palne do wytwarzania energii w jednostkach małej mocy, oparte są na ich zgazowaniu w piecu obrotowym do postaci karbonizatu i jego spaleniu w palenisku fluidalnym z udziałem powstającego gazu w procesie.

Niedogodnością tych rozwiązań jest tendencja do spiekania się złoża fluidalnego z karbonizatem i szlakowanie nie spalonych pozostałości, natomiast popioły są w postaci żużla z dużą zawartością depozytu węglowego, co znacznie obniża sprawność energetyczną procesu.

Z opisu patentowego PL 207207 B1 znany jest sposób termicznej utylizacji odpadów organicznych polegający na tym, że odpady rozdrabnia się, suszy i odgazowuje w komorze w temperaturze do 1000°C, po czym powstający gaz pirolityczny spala się z nadmiarem powietrza w oddzielnej komorze, zaś otrzymany karbonizat spala się fluidalnie w temperaturze wyższej od 850°C, z podgrzewaniem komory paliwem ciekłym lub gazowym, a powstałe spaliny odprowadza się do kotła odzysknicowego.

Sposób termicznej utylizacji odpadów komunalnych i/lub osadów ściekowych polegający na tym, że rozdrobnione odpady komunalne i/lub osady ściekowe podaje się do pieca, w którym prowadzi się proces spalania, a uzyskane ciepło wykorzystuje się w procesie technologicznym, przy czym z substancji niepalnych i produktów gazowych, które uległy skropleniu uzyskuje witryfikaty, zaś pozostałe gazy spalinowe po oczyszczeniu kieruje się do atmosfery, charakteryzuje się według wynalazku tym, że proces spalania prowadzi się w pionowym reaktorze, w którym utrzymuje się pięć przenikających się stref prowadzenia procesu, przy czym w pierwszej strefie utrzymuje się temperaturę 450-600°C, w drugiej strefie utrzymuje się temperaturę 600-850°C, w trzeciej strefie utrzymuje się temperaturę 850-1150°C, w czwartej strefie utrzymuje się temperaturę 1150-1400°C, a w piątej strefie temperaturę 1400-1550°C. Przenikanie się czwartej strefy i piątej strefy ogranicza się poziomą przegrodą ograniczającą.

Do pierwszej strefy wprowadza się rozdrobnione odpady komunalne i/lub osady ściekowe przy pomocy pierwszego zespołu dysz parowych. W drugiej strefie rozpyla się reagenty w postaci roztworu sody oczyszczonej wraz ze ściekami z instalacji ściekowej przy pomocy drugiego zespołu dysz parowych i spala się ciekłe paliwo przy pomocy pierwszego palnika. Do trzeciej strefy przy pomocy trzeciego zespołu dysz parowych wprowadza się przegrzaną parę wodną. Do czwartej strefy przy pomocy czwartego zespołu dysz parowych wprowadza się i rozpyla się przegrzaną parą wodną wraz ze ściekami z instalacji ściekowej. W piątej strefie spala się ciekłe paliwo przy pomocy drugiego palnika.

W pierwszej strefie, drugiej strefie, trzeciej strefie i czwartej strefie utrzymuje się temperaturę przy pomocy zewnętrznie recyrkulowanych gazów reaktorowych, które wykorzystuje się również do nadania produktom i substratom ruchu wirowego przy pomocy zespołów dysz parowych.

Następnie gazy reaktorowe wyprowadza się z dołu reaktora poprzez ceramiczną płomienicę do komory separacyjnej, w której wychładza się je przy pomocy ceramicznego separatora, o postaci odwróconego stożka ściętego. Od gazów reaktorowych oddziela się niepalne lub wykroplone substancje, które jako witryfikaty wyprowadza się na zewnątrz do zbiornika witryfikatów.

Z kolei gazy reaktorowe kieruje się do pełniącego funkcję wymiennika ciepła kotła parowego, z którego część gazów reaktorowych kieruje się do przegrzewacza pary, a drugą część gazów reaktorowych schłodzonych do temperatury 650-750°C kieruje się do obiegu recyrkulacyjnego w reaktorze.

Uzyskaną przegrzaną parę wodną z przegrzewacza pary wykorzystuje się we wszystkich dyszach i zespołach dysz parowych.

W dalszym etapie procesu gazy reaktorowe jako gazy spalinowe kontaktuje się bezprzeponowo z rozpylonym wodnym roztworem reagentów w postaci roztworu sody oczyszczonej, który rozpyla się przy pomocy piątego zespołu dysz parowych w skruberze i schładza się do temperatury 180-220°C. Ciepło gazów spalinowych wykorzystuje się dalej w kotle wodnym. Schłodzone gazy spalinowe kieruje

PL 240 502 B1 się do pierwszej płuczki cieczowej, a następnie do drugiej płuczki cieczowej, przy czym do gazów spalinowych wprowadza się pobrane ze zbiornika reagentów rozpylone reagenty w postaci roztworu sody oczyszczonej wraz ze ściekami pobieranymi z instalacji ściekowej przy pomocy szóstego zespołu dysz parowych. W drugiej płuczce cieczowej z wykorzystaniem zespołu demisterów w temperaturze 80-100°C, oczyszcza się i odwadnia uzyskaną mieszaninę gazową. Natomiast mieszaninę ciekłą kieruje się do instalacji ściekowej, a odwodnione i oczyszczone spaliny przy pomocy wentylatora kieruje się do komina.

Wynalazek pozwala na kompleksowe zagospodarowanie odpadów komunalnych bądź osadów ściekowych od momentu ich pozyskania, poprzez wytworzenie mieszanek o odpowiednim ładunku energetycznym, ich niskoemisyjne termiczne przekształcenie, a także wytworzenie obojętnego dla środowiska balastu, wysokosprawnego odzysku energii oraz redukcji zanieczyszczeń w spalinach.

Wynalazek objaśniony jest bliżej w przykładach wykonania i na rysunku, na którym przedstawiony jest schemat technologiczny, który jest jednakowy dla instalacji utylizacji odpadów komunalnych jak i osadów ściekowych, jak też do mieszaniny odpadów komunalnych i osadów ściekowych.

P r z y k ł a d I

Utylizacja rozdrobnionych opadów komunalnych

1. Rozruch instalacji

Rozruch instalacji rozpoczyna się od rozruchu reaktora 1 przez włączenia spalania paliwa ciekłego zgromadzonego w zbiorniku paliw 24. Spalanie odbywa się w pierwszym palniku 4 i drugim palniku 7. Po osiągnięciu we wnętrzu reaktora 1 wstępnej temperatury 800°C uruchamia przy pomocy pierwszego zespołu dysz parowych 2 wstępny wrzut biomasy będącej w postaci rozdrobnionych odpadów komunalnych, dostarczanej mechanicznie ze zbiornika surowcowego 26. Kontroluje się wzrost temperatury w reaktorze 1, jednocześnie sukcesywnie uruchamia się kocioł parowy 11, skruber 13, kocioł wodny 14, pierwszą płuczkę cieczową 16, drugą płuczkę cieczową 17 oraz pozostałe wyposażenie z równoczesnym ograniczaniem wydatku paliwa ciekłego, aż do jego całkowitego odcięcia.

Następuje proces wytwarzania gazu reaktorowego, który zostaje częściowo spalany w obecności powietrza i pary wodnej dostarczając niezbędną energię cieplną.

2. Proces technologiczny

W reaktorze 1 utrzymuje się pięć głównych, przenikających się stref procesowych. Wewnątrz pierwszej strefy A utrzymuje się temperaturę w granicach 500-550°C, wewnątrz drugiej strefy B utrzymuje się temperaturę w granicach 650-850°C, wewnątrz trzeciej strefy C utrzymuje się temperaturę w granicach 850-1050°C, wewnątrz czwartej strefy D temperaturę w granicach 1150-1300°C, a w piątej strefie temperaturę nie przekraczającą 1550°C.

Przenikanie się czwartej strefy D i piątej strefy E ograniczone jest poziomą przegrodą ograniczającą 23.

Do pierwszej strefy A w trakcie prowadzenia procesu wprowadza się dalsze rozdrobnione partie odpadów komunalnych przy pomocy pierwszego zespołu dysz parow ych 2 ze zbiornika surowcowego 26.

W drugiej strefie B rozpyla się reagenty, w postaci roztworu sody oczyszczonej pobieranych ze zbiornika reagentów 25 wraz ze ściekami pobieranymi z instalacji ściekowej 22 przy pomocy drugiego zespołu dysz parowych 3 i spala się w pierwszym palniku 4 pobierane ze zbiornika paliw 24 ciekłe paliwo.

Do trzeciej strefy C przy pomocy zamontowanych promieniowo i przeciwlegle dysz z trzeciego zespołu dysz parowych 5A, 5B wprowadza się przegrzaną parę wodną uzyskaną w przegrzewacz u pary 12.

W czwartej strefie D wprowadza i rozpyla się przegrzaną parę wodną wraz ze ściekami pobieranymi z instalacji ściekowej 22 przy pomocy czwartego zespołu dysz parowych 6A, 6B.

W pierwszej strefie A, drugiej strefie B, trzeciej strefie C i czwartej strefie D utrzymuje się temperaturę przy pomocy zewnętrznie recyrkulowanych gazów reaktorowych, które wykorzystuje się również do nadania produktom i substratom ruchu wirowego przy pomocy zespołów dysz parowych 2, 3, 5A, 5B, 6A, 6B.

Na skutek uzyskanego ruchu wirowego składniki mieszaniny ulegają szybszemu zgazowaniu. Ponadto rozpylona przegrzana para wodna przyspiesza proces zgazowania.

Proces termicznego przekształcania stabilizowany jest poprzez zmianę ilości przegrzanej pary wodnej i zewnętrznie recyrkulowanych gazów reaktorowych. W przypadkach obniżenia temperatury

Claims

PL 240 502 B1 procesów w poszczególnych strefach reaktora, temperatura zwiększana jest dodatkowym rozpyleniem paliwa ciekłego.

W piątej strefie E, która częściowo oddzielona jest od czwartej strefy D ograniczającą przegrodą 23, spala się ciekłe paliwo wykorzystując drugi palnik 7, w obecności gazów reaktorowych do osiągnięcia temperatury nieprzekraczającej 1550°C i do uzyskania płynnego złoża ze stopionych niepalnych pozostałości.

Proces zgazowania i utleniania kontrolowany jest w sposób ciągły czujnikami temperatury i ciśnienia.

Po zakończeniu procesu zgazowania gazy reaktorowe wyprowadza się z dołu reaktora 1 poprzez ceramiczną płomienicę 8 do komory separacyjnej 9. W komorze separacyjnej 9 przy pomocy ceramicznego separatora 10, o postaci odwróconego stożka ściętego, oddziela się od gazów reaktorowych substancje wykroplone i niepalne. Oddzielone substancje jako witryfikaty wyprowadza się poprzez króciec na zewnątrz do zbiornika witryfikatów 27.

Gazy reaktorowe następnie kieruje się do kotła parowego 11 pionowo osadzonego na ceramicznym separatorze 10. Część gazów reaktorowych po opuszczeniu kotła parowego 11 kieruje się do przegrzewacza pary 12, a drugą część gazów spalinowych schłodzonych do temperatury 700°C kieruje się do obiegu recyrkulacyjnego w reaktorze 1.

Uzyskaną przegrzaną parę wodną z przegrzewacza parowego 12 stosuje się do rozpylania reagentów w reaktorze 1 oraz do dobrego rozpylenia paliwa wykorzystanego w pierwszym palniku 4 i drugim palniku 7.

Część gazów reaktorowych jako gazy spalinowe po opuszczeniu przegrzewacza parowego 12 kontaktuje się bezprzeponowo z wodnym roztworem sody oczyszczonej pobranym ze zbiornika reagentów 25, który rozpyla się przy pomoc) piątego zespołu dysz parowo eh 15 w skruberze 13 i schładza się do temperatury 20°C.

Ciepło gazów spalinowych wykorzystuje się dalej w kotle wodnym 14, a schłodzone gazy spalinowe kieruje się do pierwszej płuczki cieczowej 16, a następnie do drugiej płuczki cieczowej 17, przy czym do gazów spalinowych wprowadza się rozpylone reagenty w postaci roztworu sody oczyszczonej, który pobiera się ze zbiornika reagentów 25 wraz ze ściekami pobieranymi z instalacji ściekowej 22 przy pomocy szóstego zespołu dysz parowych 18A, 18b. W drugiej płuczce cieczowej 17 z wykorzystaniem zespołu demisterów 19 oczyszcza się i odwadnia się uzyskaną mieszaninę w temperaturze 90°C.

Uzyskaną mieszaninę ciekłą kieruje się do instalacji ściekowej 22, a odwodnione i oczyszczone gazy spalinowe przy pomocy wentylatora 20 kieruje się do komina 21.

P r z y k ł a d II

Utylizacja osadów ściekowych

Utylizację osadów ściekowych przeprowadza się z wykorzystaniem instalacji przedstawionej w przykładzie I.

Proces technologiczny prowadzi się jak w przykładzie I, z zachowaniem warunku, aby rozruch instalacji zakończył się osiągnięciem wstępnej temperatury we wnętrzu reaktora 1 w wysokości 800°C.

Zastrzeżenie patentowe

1. Sposób termicznej utylizacji odpadów komunalnych i/lub osadów ściekowych polegający na tym, że rozdrobnione odpady komunalne i/lub osady ściekowe podaje się do pieca, w którym prowadzi się proces spalania, a uzyskane ciepło wykorzystuje się w procesie technologicznym, przy czym z substancji niepalnych i produktów gazowych, które uległy skropleniu uzyskuje witryfikaty, zaś pozostałe gazy spalinowe po oczyszczeniu kieruje się do atmosfery, znamienny tym, że proces spalania prowadzi się w pionowym reaktorze (1), w którym utrzymuje się pięć przenikających się stref prowadzenia procesu, przy czym w pierwszej strefie (A) utrzymuje się temperaturę 450-600°C, w drugiej strefie (B) utrzymuje się temperaturę 600-850°C, w trzeciej strefie (C) utrzymuje się temperaturę 850-1150°C, w czwartej strefie (D) utrzymuje się temperaturę 1150-1400°C, a w piątej strefie (E) temperaturę 1400-1550°C, zaś przenikanie się czwartej strefy (D) i piątej strefy (E) ogranicza się poziomą przegrodą ograniczającą (23), przy czym do pierwszej strefy (A) wprowadza się rozdrobnione odpady komunalne i/lub osady ściekowe przy pomocy pierwszego zespołu dysz parowych (2), a w drugiej strefie (B) rozpyla się reagenty w postaci roztworu sody oczyszczonej wraz ze

PL 240 502 B1 ściekami z instalacji ściekowej (22) przy pomocy drugiego zespołu dysz parowych (3) i spala się ciekłe paliwo przy pomocy pierwszego palnika (4), zaś do trzeciej strefy (C) przy pomocy trzeciego zespołu dysz parowych (5A, 5B) wprowadza się przegrzaną parę wodną, a do czwartej strefy (D) przy pomocy czwartego zespołu dysz parowych (6A, 6B) wprowadza się i rozpyla się przegrzaną parą wodną wraz ze ściekami z instalacji ściekowej (22), zaś w piątej strefie (E) spala się ciekłe paliwo przy pomocy drugiego palnika (7), a ponadto w pierwszej strefie (A), drugiej strefie (B), trzeciej strefie (C), czwartej strefie (D) i piątej strefie (E) utrzymuje się temperaturę przy pomocy zewnętrznie recyrkulowanych gazów reaktorowych, które wykorzystuje się również do nadania produktom i substratom ruchu wirowego przy pomocy zespołów dysz parowych (2, 3, 5A, 5B, 6A, 6B), po czym gazy reaktorowe wyprowadza się z dołu reaktora (1) poprzez ceramiczną płomienicę (8) do komory separacyjnej (9), w której wychładza się je i przy pomocy ceramicznego separatora (10), o postaci odwróconego stożka ściętego, oddziela się od gazów reaktorowych niepalne lub wykroplone substancje, które jako witryfikaty wyprowadza się na zewnątrz do zbiornika (27) witryfikatorów, zaś gazy reaktorowe kieruje się do pełniącego funkcję wymiennika ciepła kotła parowego (11), z którego część gazów reaktorowych kieruje się do przegrzewacza pary (12), a pozostałą część gazów reaktorowych schłodzonych do temperatury 650-750°C kieruje się do obiegu recyrkulacyjnego w reaktorze (1), zaś uzyskaną przegrzaną parę wodną z przegrzewacza pary (12) wykorzystuje się we wszystkich zespołach dysz parowych (2, 3, 5A, 5B, 56A, 6B, 15, 18A, 18B), przy czym część gazów reaktorowych jako gazy spalinowe kontaktuje się bezprzeponowo z rozpylonym wodnym roztworem reagentów w postaci roztworu sody oczyszczonej, który rozpyla się przy pomocy piątego zespołu dysz parowych (15) w skruberze (13) i schładza się do temperatury 180-220°C, zaś ciepło gazów spalinowych wykorzystuje się dalej w kotle wodnym (14), a schłodzone gazy spalinowe kieruje się do pierwszej płuczki cieczowej (16), a następnie do drugiej płuczki cieczowej (17), przy czym do gazów spalinowych wprowadza się przy pomocy szóstego zespołu dysz parowych (18A, 18B) rozpylone reagenty w postaci wcześniej uzyskanego roztworu sody oczyszczonej ze ściekami pobranymi z instalacji ściekowej (22) i odpowiednio pobranymi ze zbiornika reagentów (25), po czym w drugiej płuczce cieczowej (17) z wykorzystaniem zespołu demisterów (19) w temperaturze 80-100°C, oczyszcza się i odwadnia uzyskaną mieszaninę, a następnie mieszaninę ciekłą kieruje się do instalacji ściekowej (22), a odwodnione i oczyszczone spaliny przy pomocy wentylatora (20) kieruje się do komina (21).