PT856492E - Instalacao para a valorizacao energetica de residuos domesticos e similares. - Google Patents

Description

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Descrição “Instalação para a valorização energética de resíduos domésticos e similares” A presente invenção refere-se a uma instalação de valorização energética de resíduos urbanos e similares.

Mais precisamente, refere-se a uma instalação de valorização energética de resíduos urbanos e similares, que compreende: - um dispositivo de trituração de resíduos cujos refugos são triados num primeiros fluxo de materiais inertes pouco poluídos com matérias orgânicas e um segundo fluxo de matérias inertes poluídas com matérias orgânicas ou com elementos pesados combustíveis, sendo este segundo fluxo evacuado por uma primeira saida, - um reactor com leito fluidificado, que circula, que recebe os resíduos triturados, - um ciclone de separação dos sólidos, ao qual são levados os gases na saída do reactor, - uma caldeira de recuperação, na qual se evacuam os gases na saída do ciclone e equipada com um primeiro conjunto de permutadores de calor, compreendendo esta caldeira uma tremonha de desempoeiramento, da qual são. evacuadas as partículas sólidas, por uma segunda saída, - um segundo conjunto de permutadores de calor, dispostos numa câmara para a qual são levados os gases, - um dispositivo de tratamento final dos gases, da qual são evacuadas matérias sólidas resultantes do tratamento, por pelo menos uma terceira saída.

Descreve-se uma instalação deste tipo no documento de patente 2 2

FR 2 735 041. E, por outro lado, conhecido vitrifícar as cinzas volantes de instalações de tratamento de resíduos urbanos, a fim de obter uma fusão das matérias minerais e uma combustão das matérias carbonadas. É conhecido instalar um tal forno de fusão e vitrificação na linha principal da instalação. Uma tal vitrificação é divulgada no documento de patente DE 43 33 510.

Em tais instalações, prevê-se uma câmara de pós-combustão dos gases provenientes do sistema de pirólise ou de gaseificação (fomo rotativo ou reactor com leito fluidificado), a jusante do reactor, sendo as cinzas fundidas na saída vitrificadas num banho de têmpera.

Tais sistemas de vitnficaçâo necessitam de um fornecimento adicional de energia exterior, que inclui gás natural, oxigénio ou electricidade, tendo em conta a grande quantidade de materiais sólidos tratados por vitrifícação. Com efeito, o poder calorífico das matérias sólidas na saída do reactor é insuficiente para assegurar a temperatura de fusão de uma massa importante de matérias inertes.

Por conseguinte, o rendimento líquido de produção de energia de uma tal instalação é reduzido consideravelmente e os custos de investimento e de funcionamento são, pelo contrário, importantes. A invenção resolve estes problemas de rendimento de uma tal instalação de valorização de resíduos e, para isso, de acordo com invenção, a instalação é equipada com um fomo de fusão e de vitrifícação independente ligado a cada uma das saídas, por condutas com passagem comandada.

Esta disposição permite fundir e vitrifícar apenas o que é necessáno para melhorar a economia global da gestão dos resíduos sólidos e para a sua optimização, caso-a-caso, em função das condições específicas ou locais das fieiras de recolha. Permite também, para fazer isso, consumir um mínimo de energia calorífica dos resíduos, para preservar um elevado rendimento energético. É possível utilizar dispositivos de fusão e vitrificação diversos, especificamente adaptados para a qualidade dos resíduos a tratar. Pode assim encarar-se o tratamento das gamas de produtos que vão até resíduos ou combustíveis com caracteristicas térmicas afastadas, desde os lixos domésticos tradicionais, ou dificilmente tratáveis em leito fluidificado, por exemplo por razões de densidade ou de risco de aglomeração a baixa temperatura.

Esta disposição apresenta igualmente a vantagem de evitar a indisponibilidade da instalação, no caso de haver problemas com o forno de fusão e de vitrificação. Com efeito, como este último já não se encontra na linha principal da instalação, o seu funcionamento pode ser interrompido sem interrupção da linha principal.

De acordo com uma forma de realização preferida, dispõe-se um dispositivo de desempoeiramento entre a caldeira de recuperação e o segundo conjunto de permutadores, do qual são evacuadas partículas sólidas, por uma saída ligada ao forno de fusão e de vitrificação, por uma conduta com passagem comandada.

Classicamente, dispõe-se um dispositivo de filtração das cinzas volantes a jusante dos permutadores de calor e portanto desempoeirando os gases a baixa temperatura. Ora, a baixa temperatura, as dioxmas reformam-se e os metais pesados mais poluentes recondensam-se. Dai resultam cinzas volantes decantadas poluentes.

De acordo com esta caracteristica da invenção, coloca-se um dispositivo de desempoeiramento, de preferência um ciclone, entre a caldeira de recuperação e o 4 segundo conjunto de permutadores. Daí resulta uma produção de cinzas volantes extraídas a alta temperatura e portanto pouco poluídas com metais pesados e dioxinas.

De preferência, o dispositivo de tratamento final compreende um filtro, cujas partículas sólidas são evacuadas por uma saída, ligada ao forno de fusão e de vitrificação por uma conduta com passagem comandada.

Além disso, vantajosamente, o dispositivo de tratamento final compreende uma disposição de lavagem dos fumos do qual se evacua um bolo de lavagem, por uma saída ligada ao fomo de fusão e vitrificação, por uma conduta com passagem comandada. A fim de assegurar uma granulometria correcta dos resíduos concebida para serem vitrificados, instala-se um triturador crivador, entre a primeira saída e o fomo de fusão e vitrificação.

Vantajosamente, o reactor está equipado com um leito denso interior, provido de uma câmara de recolha do gás de pirólise, que é injectado no fomo de fusão e de vitrificação.

Vantajosamente, o fomo de fusão e vitrificação está provido de um banho de têmpera e o dispositivo de lavagem está equipado com um dispositivo de tratamento dos efluentes líquidos, cujos resíduos são injectados no banho de têmpera do fomo de fusão e vitrificação.

De acordo com uma forma de realização preferida, o fomo de fusão e vitrificação compreende uma soleira em forma de tina e uma parede que constitui uma barragem de afinação, associada a um orifício de evacuação ou desnatação da camada de superfície da massa de matéria fundida.

De preferência, a matéria fundida é arrefecida, em primeiro lugar, num tambor arrefecido interiormente por água num banho de têmpera.

Vantajosamente, o fomo de fusão e vitrificação está provido de um banho de têmpera no qual são arrefecidos os gases de combustão produzidos pelo fomo.

Descreve-se a seguir a invenção, com mais pormenor, com o auxílio de desenhos que apenas representam uma forma de realização preferida da invenção. A fíg. 1 é uma vista de conjunto de uma instalação de valorização de resíduos urbanos de acordo com a invenção. A fíg. 2 é uma vista em corte de uma forma de realização de um fomo de fusão e de vitrificação.

Como está representado na fíg. 1, a instalação de valorização energética de resíduos urbanos e similares compreende um reactor de leito fluidificado circulante (2), que recebe os resíduos triturados. De preferência, este reactor é do tipo do que se descreveu no documento de patente FR - 2 735 041. Compreende, portanto, um primeiro leito fluidificado denso, lateral (2A), situado na parede do reactor que compreende a conduta de alimentação com resíduos triturados e onde se produz uma gaseificação dos resíduos triturados e um segundo fluidificado denso, lateral (2B), equipado com um sobreaquecedor. Na base do primeiro leito fluidificado denso (2A), está situada uma conduta de extracção dos elementos pesados não fluidificáveis, que leva os mesmos para um dispositivo de triagem de partículas grandes (3), arrefecendo estes elementos e extraindo as matérias inertes não fluidificáveis, sendo as outras matérias reintroduzidas no reactor (2). A montante deste reactor (2), são introduzidos os resíduos em bruto, num dispositivo de preparação (1), que assegura, por um lado, a trituração dos resíduos,

por exemplo por meio de um dispositivo de corte, que compreende uma ou duas cisalhas rotativas e, por outro lado, a evacuação das matérias inertes e matérias susceptíveis de criar riscos de aglomeração (ferrosos, não ferrosos, pedras, vidros), por meio de, por exemplo, separadores magnéticos e de indução e/ou de tambores, de acordo com o depósito dos resíduos a triturar.

Os resíduos triturados são introduzidos no reactor (2) e os refugos são triados em dois fluxos, num dispositivo de triagem (4), constituído de preferência por classificadores gravimétricos ou pneumáticos.

Um primeiro fluxo de matérias inertes pouco poluídas com matérias orgânicas (vidros, pedras, ferragens maciças) é introduzido no dispositivo de triagem das partículas grandes (3), ou misturados às matérias quentes provenientes do reactor (2) e que asseguram a função de arrefecimento das matérias inertes não fluidificáveis, provenientes do reactor (2), sendo sujeitas a um tratamento térmico, a uma temperatura da ordem de 400-500°C, que podemos qualificar como limpeza térmica, e que elimina as matérias orgânicas.

Portanto, por baixo do dispositivo de triagem obtêm-se partículas grandes (3), um fluxo de resíduos sólidos (8), constituído por matérias inertes e/ou de grande dimensão (pedras, vidros, cerâmicas, ferragens) pouco oxidadas e desembaraçadas de matérias orgânicas e pouco oxidadas, o que facilita a sua reciclagem.

Um segundo fluxo de matérias inertes poluídas com matérias orgânicas ou de elementos pesados combustíveis, cujo teor de carbono é superior a 5%, e não podendo portanto ser reciclado directamente, é evacuado por uma pnmeira saída (Sl), a partir da qual são introduzidos num triturador crivador (5), instalado numa conduta com passagem comandada, para um fomo de fusão e de vitrificação (6). 7 Ο primeiro leito denso interno (2A) está equipado com uma câmara de recolha do gás de pirólise (2A’), que é injectado no forno de fusão e vitrificação (6), por uma conduta (7) separada do fluxo principal dos gases de combustão. O reactor (2) está igualmente equipado com um dispositivo de triagem de partículas finas (9), que permite a separação das cinzas, na parte inferior do reactor (2), e a recirculação neste de partículas sólidas, cuja granulometria é compatível com a fluidificação. O dispositivo (9) é igualmente utilizado para a reinjecção das partículas finas provenientes do triturador crivador (5). Estas partículas finas contêm ainda uma parte orgânica, utilizável para a combustão das matérias inertes fluidificáveis, e o seu teor em inertes reduz o consumo da areia que serve como constituinte de base no reactor (2). A passagem destes refugos finos para o interior do dispositivo de triagem de partículas finas, assegura também a sua limpeza térmica dos elementos não fluidificáveis. Do dispositivo de triagem de partículas finas (9) são evacuadas escórias (10) valorizáveis. A quantidade dos refugos é portanto melhorada, graças à sua passagem nos dispositivos de triagem das partículas grossas (3) e das partículas finas (9), associados ao reactor (2). Evita-se assim a necessidade de as armazenar em descarga de classe 2. A jusante do reactor (2), os fumos circulam: - num ciclone (5) de separação dos sólidos, - numa caldeira de recuperação (15), na qual se evacuam os gases da saída do ciclone (11) e equipada com um primeiro conjunto de permutadores de calor (18), mais precisamente um evaporador, compreendendo esta caldeira uma tremonha de desempoeiramento (15A), da qual são evacuadas partículas sólidas, por uma 8 segunda saída (S2), - num segundo ciclone (16), que assegura o desempoeiramento a quente dos fumos donde são evacuadas partículas sólidas por uma saída (S2’), - num segundo conjunto de permutadores de calor (23), mais precisamente, um economizador, dispostos numa câmara (22) onde são levados os gases, - num dispositivo de tratamento final dos gases onde são evacuadas matérias sólidas resultantes do tratamento, por pelo menos uma terceira saída (S3’) e (S3”).

Mais precisamente, o dispositivo de tratamento final compreende um filtro (17), de preferência um filtro de mangas, equipado com uma injecção de carbono activo e do qual são evacuadas partículas sólidas, por uma saída (S3’), e um dispositivo de lavagem (19) dos fumos, donde é evacuado um bolo de lavagem, por uma saída (S3”), sendo os fumos purificados evacuados por uma chaminé (30). O dispositivo de lavagem (19) está equipado com um dispositivo de tratamento (21) dos efluentes líquidos.

Todas as saídas descritas (SI-S3”) estão ligadas, por condutas com passagem comandada, ao forno de fusão e de vitrificação (6) independente da linha principal da instalação, já descrita.

Neste dispositivo (6), a energia de fusão é levada pelo gás de pirólise, captado no leito de fluidificação (2A), e, eventualmente, por um fornecimento adicional de resíduos de plástico (20), que podem ser retirados de fieiras de reciclagem de embalagens, cujos resíduos (embalagens sujas) contêm uma energia térmica considerável. O comburente do fomo de fusão é o ar, ou ar enriquecido em oxigénio, de acordo com a temperatura desejada. No segundo caso, o ar enriquecido é fornecido por uma unidade membranosa (21) e a fracção empobrecida de oxigénio é então utilizada para a fluidificação dos dispositivos de triagem (3, 9) e do reactor de leito fluidificado (2). A granulometria das cinzas volantes, provenientes da saída (S2) da caldeira de recuperação (15), da saida (S2’) do ciclone (16), da saída (S3’) do filtro (17) e a do bolo proveniente da saída (S3”) do dispositivo de lavagem (19) permitem a injecção directa destas matérias no fomo de fusão e vitrificação (6). Pelo contrário, os refugos do dispositivo de triagem (4) que assegura a preparação dos resíduos são de granulometria muito diversa e, eventualmente elevada. Dai a necessidade do triturador crivador (5), entre a saída (Sl) e o fomo de fusão e vitrificação (6). O fomo de fusão e vitrificação (6) pode ser concebido de maneira diferente, de acordo com as quantidades de matérias a tratar e o grau de fusão procurado.

Pode ser do tipo do descrito no documento de patente FR-2 716 524, que permite uma fusão controlada separada das duas ffacções a vitrificar: a fracção grosseira saída dos refugos, regra geral pouco concentrada em-metais pesados, e a fracção pulverulenta, saída das extracções de cinzas volantes mais poluídas. A fig. 2 representa uma outra forma de realização do fomo de fusão e vitrificação. A soleira (60A) do fomo tem a forma de tina, para a qual se escoam as cinzas volantes, e equivalentes, introduzidas pelo orifício (60B). O gás de pirólise é introduzido pela conduta (70) e, tendo em conta a sua temperatura, as cinzas são fundidas. O fomo é igualmente equipado com um queimador (61), alimentado com ar ou ar enriquecido. Uma parede (60C) forma uma barragem de afinação, associada a um orifício (60D) de evacuação ou desnatação da camada superficial da massa de matéria fundida. Os sais fundidos são assim evacuados. Por outro lado, previu-se 10 uma purga (60E) dos metais que caem no fundo da soleira, para melhorar a qualidade do banho de fusão. A jusante da parede de barragem (60C), o dispositivo compreende eventualmente um queimador de socorro (6Γ) a oxigénio, e o banho fundido escoa--se de um bico de vazamento para um tambor (62A) arrefecido interiormente pela água. Este tambor (62A) permite evitar uma têmpera brutal com a água no banho (62) e uma solidificação demasiado rápida, prejudicial para as características mecânicas do vitrifícado. A vitrificação é prosseguida no banho de têmpera (62), num transportador de placas arrefecidas (62C), antes da extracção do vitrifícado (64) por um transportador de parafuso (62D), através de uma junta de água que assegura a estanqueidade para o exterior, dos fumos.

Esta forma de realização permite melhorar eficazmente a qualidade do vitrifícado, atingindo um nível de cristalização que garante a estabilidade a muito longo prazo.

Os gases produzidos no forno de fusão (6) são arrefecidos por uma têmpera com água, por uma chapinhagem no banho de vitrificação. Este arrefecimento brutal evita a reconstituição das dioxinas contidas, entre outras, na mistura de cinzas volantes e de carvão activado proveniente do filtro (17). Retém igualmente as cinzas secundárias que se levantam por cima do banho de fusão e a maior parte dos metais pesados, evaporados quando da fusão, o que evita o seu reenvio para o tratamento dos fumos principal.

Os fumos são em seguida evacuados pela conduta (71) e introduzidos no dispositivo de lavagem (19).

Para compensar a evaporação, o fornecimento adicional de água do banho de têmpera do forno de fusão e vitrificaçâo (6) é efectuado a partir de resíduos do tratamento dos efluentes líquidos (21), o que permite regular o seu pH e assegura uma melhor ínsolubilização dos metais pesados.

Vantajosamente, um circuito de arrefecimento (24) evacua as calorias do banho de vitrificaçao para as reutilizar no reaquecimento da água de alimentação.

Lisboa, 19 de Julho de 2000 f

Rua da Sailire, í$5, r/c-Brt. 1250 LiSBOA

Claims (10)

1. Reivindicações 1. Instalação para a valorização energética de resíduos urbanos e similares, que compreende: - um dispositivo de trituração (1) dos resíduos cujos refugos são triados num primeiro fluxo de materiais inertes pouco poluídos com matérias orgânicas, e um segundo fluxo de matérias inertes, poluídas com matérias orgânicas ou com elementos pesados combustíveis, sendo este segundo fluxo evacuado por uma primeira saída (SI), - um reactor com leito fluidificado circulante (2), que recebe os resíduos triturados, - um ciclone (11) de separação dos sólidos, para o qual são levados os gases na saida do reactor (2), - uma caldeira de recuperação (15) na qual se evacuam os gases na saida do ciclone (11) e equipada com um primeiro conjunto de permutadores de calor (18), compreendendo esta caldeira uma tremonha de desempoeiramento, da qual são evacuadas as partículas sólidas, por uma segunda saída (S2), - um segundo conjunto de permutadores de calor (23), dispostos numa câmara (22) para onde são levados os gases, - um dispositivo de tratamento final dos gases donde são evacuadas matérias sólidas resultantes do tratamento por pelo menos uma terceira saída (S3’, S3”), caracterizada por estar equipada com um forno de fusão e vitrifícação (6), independente, ligado a cada uma das refendas saídas, por condutas com passagem comandada.
2. 2. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por se 2 dispor um dispositivo de desempoeiramento (16), entre a caldeira de recuperação (15) e o segundo conjunto de permutadores (23), do qual são evacuadas partículas sólidas, por uma saída (S2’) ligada ao fomo de fusão e de vitrificação, por uma conduta com passagem comandada.
3. 3. instalação de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada por o dispositivo de tratamento final compreender um filtro (17), do qual são evacuadas as partículas sólidas, por uma saída (S3’), ligada ao fomo de fusão e vitrificação (6), por uma conduta com passagem comandada.
4. 4. Instalação de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizada por o dispositivo de tratamento final compreender um dispositivo de lavagem dos fumos (19, 21) do qual é evacuado um bolo de lavagem, por uma saída (S3”), ligada ao fomo de fusão e de vitrificação (6), por uma conduta com passagem comandada.
5. 5. Instalação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por se instalar um triturador crivador (5) entre a primeira saída (S1) e o fomo de fusão e vitrificação (6).
6. 6. Instalação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por o reactor (2) estar equipado com um leito denso interior (2A), provido de uma câmara de recolha do gás de pirólise que é injectado no fomo de fusão e vitrificação (6).
7. 7. Instalação de acordo com as reivindicações 3 e 4, caracterizada por o fomo de fusão e vitrificação (6) estar provido de um banho de têmpera e o dispositivo de lavagem estar equipado com um dispositivo de tratamento (21) dos efluentes líquidos, cujos resíduos são injectados no banho de têmpera do fomo de fusão e vitrificação (6). 3
8. 8. Instalação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por o forno de íiisão e vitrificação (6) compreender uma soleira (60A), na forma de tina, e uma parede (60C), que constitui uma barragem de afinação, associada a um orifício de evacuação ou desnatação (60D) da camada superficial da massa de matéria fundida.
9. 9. Instalação de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por a matéria fundida ser arrefecida em primeiro lugar num tambor (62A), arrefecido mteriormente por água e depois num banho de têmpera (62).
10. 10. Instalação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por o fomo de fusão e vitrificação (6) estar provido de um banho de têmpera, no qual são arrefecidos os gases de combustão produzidos pelo fomo (6). Lisboa, 19 de Julho de 2000