SK278599B6 - Device for thermal decomposition of fluid harmful substances, in particular dioxines and furanes - Google Patents

Description

Vynález sa týka zariadenia na tepelný rozklad fluidných škodlivín, najmä dioxínov a furánov, ktoré je tvorené valcovou spaľovacou komorou, na ňu nadväzujúcou dodatočnou spaľovacou komorou, aspoň jedným do spaľovacej komory nasmerovaným horákom, zachytávacím zariadením a dýzami prídavného vzduchu. Zachytávacie zariadenie je vytvorené ako prstenec so stredovým priechodným otvorom s menším priemerom ako je priemer spaľovacej komory. Okolo stredového priechodného otvoru sú usporiadané vybrania a v spaľovacej komore je usporiadaný najmenej jeden vstupný otvor plynu obsahujúceho škodliviny, hlavne spaliny.

Doterajší stav techniky

Niektoré skupiny organických škodlivín s najvyššou toxicitou, ako sú napríklad dioxíny a furány, môžu byť zneškodnené tým, že sa tieto zlúčeniny rozložia pri vysokých teplotách na menej problematické látky. Sú známe spaľovacie zariadenia, napr. z DE-OS 2 357 804, ktoré pomocou horákov, spaľujúcich zemný plyn alebo podobné plyny, škodliviny tepelne rozkladajú. Na zaistenie dostatočného zotrvania škodlivín v oblasti s vysokou teplotou sú nevyhnutné spaľovacie priestory s veľkým objemom. To vedie k nákladným a drahým konštrukciám pecí, v ktorých sa okrem toho jednoduchým spôsobom ťažko dosahuje premiešanie plynov v spaľovacej komore. Ak sú zvolené menšie spaľovacie priestory, je zotrvanie škodlivín v oblasti s vysokou teplotou príliš krátke, aby mohlo dôjsť k uspokojivému priebehu rozkladných reakcií v jednotke.

Podstata vynálezu

Úlohou vynálezu je zabrániť menovaným nedostatkom a vytvoriť zariadenie na tepelný rozklad škodlivín, ktoré pri kompaktných rozmeroch zaistia pokiaľ možno najdlhšie zotrvanie škodlivín, a tým aj vysokú účinnosť rozkladných reakcií.

Toto je dosiahnuté zariadením na tepelný rozklad fluidných škodlivín, hlavne dioxínov a furánov, ktoré je tvorené valcovou spaľovacou komorou, na ňu nadväzujúcou dodatočnou spaľovacou komorou, aspoň jedným do spaľovacej komory nasmerovaným horákom, zachytávacím zariadením a dýzami prídavného vzduchu, pričom zachytávacie zariadenie je vytvorené ako prstenec so stredovým priechodným otvorom s menším priemerom ako je priemer spaľovacej komory, okolo stredového priechodného otvoru sú usporiadané vybrania a v spaľovacej komore je usporiadaný najmenej jeden vstupný otvor plynu obsahujúceho škodliviny, hlavne spaliny. Podľa vynálezu je horák usporiadaný nad vstupným otvorom plynu obsahujúceho škodliviny, prstenec zachytávacieho zariadenia je usporiadaný nad horákom a pod dodatočnou spaľovacou komorou a sú v ňom usporiadané dýzy prídavného sekundárneho vzduchu, ktoré sú nasmerované šikmo dole.

Týmto základným usporiadaním zachytávacieho zariadenia sa dosiahne to, že sa spaliny zdržia dlhšie v spaľovacom priestore. Ďalej sa prívodom sekundárneho vzduchu dosahuje vyšší prebytok vzduchu, takže sa dosiahne úplné spálenie všetkých horľavých častíc, a tým čo najmenší obsah uhľovodíkov a oxidu uhoľnatého v emisiách.

Podľa výhodného vyhotovenia vynálezu aspoň jeden horák smeruje do spaľovacej komory šikmo, čo je výhodné na dosiahnutie skrutkovitého pohybu spalín.

Podľa iného výhodného vyhotovenia vstupný otvor smeruje do spaľovacej komory tiež šikmo.

Skratkovitým pohybom, vytvoreným týmito usporiadaniami, majú ťažké častice sklon zachytávať sa v oblasti stien spaľovacieho priestoru, pričom ľahšie častice obohacujú priestor vo zvislej osi spaľovacieho priestoru. Vybrania, usporiadané okolo stredového priechodného otvoru, a tým v oblasti steny spaľovacieho priestoru, teda bránia nežiaducemu selektívnemu odťahovaniu ľahkých zložiek. Toto skratkovité prúdenie zaistí dobré premiešanie plynov v spaľovacom priestore, ktoré je nevyhnutné na zaistenie optimálnej účinnosti jednotky.

Ďalšie prednostné vyhotovenie zariadenia podľa vynálezu spočíva v tom, že dýzy prídavného sekundárneho vzduchu sú usporiadané šikmo, tak smerom dovnútra, ako aj smerom von, a to tangenciálnc smerom von, pričom tieto dýzy smerujú v podstate do smeru skrutkovitého prúdenia.

Iné prednostné vyhotovenie zariadenia spočíva v tom, že dýzy prídavného sekundárneho vzduchu sú k vodorovnej rovine sklonené smerom dole o uhol 15°.

Dýzy sekundárneho vzduchu, smerujúce smerom von, usporiadané v podstate tangenciálne k prstencovej lamele, spomaľujú prúdenie vybraniami. Dýzy sekundárneho vzduchu, smerujúce šikmo smerom dole, spomaľujú prenikanie plynov stredovým priechodným otvorom. Všetky dýzy sekundárneho vzduchu sú, rovnako ako horáky, orientované rovnako k osi spaľovacieho priestoru v smere hodinových ručičiek alebo proti smeru hodinových ručičiek. Tým sa dodatočne zosilňuje vírivé prúdenie v spaľovacom priestore, ktoré podporuje premiešanie a dobré spaľovanie.

Tým sa dosiahne optimálne zotrvanie spalín v spaľovacej komore a dobré premiešanie plynov.

Ďalej je možné podľa iného výhodného vyhotovenia vynálezu upraviť zariadenie tak, že je zachytávacie zariadenie tvorené lamelami, ktoré sú vytvorené ako prstence.

Ďalej môžu mať lamely medzi stredovým priechodným otvorom a vybraniami lichobežníkový prierez, pričom bočné plochy sa môžu zbiehať smerom dole. Pri tomto vyhotovení sú najpriaznivejšie podmienky na vstavanie dýz sekundárneho vzduchu, lebo pri tomto usporiadaní nevychádza výstupný uhol dýz stenami lamiel príliš plochý.

Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia sú vo vnútri lamiel medzi stredovým priechodným otvorom a vybraniami vytvorené rozvádzacie kanály prídavného sekundárneho vzduchu, ktoré sú spojené s privádzacími kanálmi v oporných mostíkoch medzi jednotlivými vybraniami. Tým je umožnené rozdeliť dýzy sekundárneho vzduchu po celom obvode prstencovitej lamely.

Ďalšie výhodné vyhotovenie zariadenia podľa vynálezu spočíva v tom, že v hornej časti dodatočnej spaľovacej komory je usporiadaná aspoň jedna dýza prídavného terciámeho vzduchu. Tak je možné dosiahnuť ďalšie priaznivé ovplyvnenie parametrov spalín, lebo sa spaliny pred vstupom do komína ochladia a ešte sa zvýši prebytok vzduchu.

Iné prednostné vyhotovenie zariadenia spočíva v tom, že zachytávacie zariadenie tvorí 20 až 50 % priečneho prierezu spaľovacej komory a ešte výhodnejšie len 30 až 35 % priečneho prierezu spaľovacej komory. To znamená, že pri pozorovaní zhora kryjú vložky a oporné mostíky percento priečneho prierezu spaľovacej komory v uvedenom rozsahu. Zvyšný prierez prúdenia sa rozdeľuje na stredový priechodný otvor a bočné vybranie. Pretože sa pri konštrukcii zachytávacieho zariadenia musí rešpektovať požiadavka na dosiahnutie dlhého zotrvania škodlivín v spaľovacej komore, musí zachytávacie zariadenie predstavovať pokiaľ možno veľkú prekážku prúdeniu. Na druhej strane je tu však požiadavka na malú stratu tlaku v spaľovacom priestore, aby bolo možné vystačiť s prirodzeným ťahom alebo aspoň s malým ventilátorom. Uvedenými hodnotami je práve dosiahnutý vhodný kompromis medzi oboma požiadavkami.

Podľa ďalšieho výhodného vyhotovenia zariadenia podľa vynálezu sú spaľovacia komora a dodatočná spaľovacia komora, vytvorené z prstencovitých segmentov, ktoré sú vytvorené ako moduly, pričom vonkajšia časť zachytávacieho zariadenia je vytvorená ako pecový prstencový segment.

Konštrukcia takéhoto zariadenia sa tým podstatne zjednoduší. Obzvlášť možno použitím prefabrikovaných modulov podstatne skrátiť čas stavby na stavenisku. Ďalšou prednosťou takejto konštrukcie je, že rovnakou súpravou modulov možno dosiahnuť veľa rôznych veľkostí spaľovacieho priestoru, pričom vždy jedna z nich je ideálne najvhodnejšia na dané použitie.

Ak je zachytávacie zariadenie vytvorené vo forme segmentov, je vymeniteľné s ostatnými segmentmi a je možné tiež dodatočné vybavenie existujúcich zariadení s modulovým usporiadaním, ak sa zachytávacie zariadenie so segmentom vymení, a/alebo sa jednoducho medzi dva segmenty vloží.

Ďalšie zlepšenie zariadenia podľa vynálezu spočíva v tom, že jednotlivé segmenty sú vytvorené ako niekoľkovrstevné, pričom vo vnútri je žiaruvzdorná vrstva žiaruvzdorných tehál a mimo aspoň jedna izolačná vrstva z izolačných tehál. Viacvrstevnú konštrukciu možno použiť vo všetkých oblastiach steny spaľovacieho priestoru optimálnych materiálov.

Konečne posledné výhodné vyhotovenie zariadenia podľa vynálezu spočíva v tom, že segmenty sú obalené izoláciou zo sklenenej vaty a oceľovým plášťom. Tým môže oceľový plášť zachytávať tepelné deformácie tehál, a tým vznikajúce napätie, takže tlakové pnutia, ktorými potom na seba tehly pôsobia, prispejú k utesneniu spaľovacieho priestoru. Oceľový plášť predstavuje ďalšie utesnenie, takže výsledkom je podtlaková prevádzka zariadenia. Tým môže odpadnúť drahý dymový ventilátor.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Zariadenie podľa vynálezu bude ďalej bližšie vysvetlené pomocou pripojených výkresov, na ktorých predstavuje:

obr. 1 rez zariadením podľa vynálezu v náryse, obr. 2 rez podľa roviny II-II z obr. 1, obr. 3 detail prstencovitej lamely zachytávacieho zariadenia a obr. 4 ďalší detail lamely zachytávacieho zariadenia.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Zariadenie podľa vynálezu pozostáva väčšinou z valcovitej spaľovacej komory 1 so segmentmi 2 obklopenými žiaruvzdornou výmurovkou. Jednotlivé segmenty 2 sú kruhové. Pozostávajú z vrstvy žiaruvzdorných tehál 17, z vnútornej izolačnej vrstvy 18 a vonkajšej izolačnej vrstvy 19. Na vonkajšej strane môžu byť segmenty dodatočne obalené známym spôsobom, izoláciou zo sklenenej vaty a oceľovým plášťom, čo nie je znázornené. Na zaistenie tesnosti sú tesniace plochy 21, ktorými sa sebe spočívajú jednotlivé segmenty 2, vybavené jedným alebo niekoľkými prstencovými zámkami 22. Pri všetkých segmentoch 2, a pokiaľ možno i pri rôznych peciach rovnakého priemeru, sú tesniace plochy 21 rovnaké, takže jednotlivé segmenty' 2 sú výmenné a možno ich ľubovoľne kombinovať.

Vodorovná os 3a vstupného otvoru 3 nemusí smerovať do zvislej osi la spaľovacej komory' 1. Pri šikmom usporiadaní sa vytvára v spaľovacej komore 1 vplyvom prúdiaceho plynu skratkovitý pohyb.

K spaľovaniu dochádza schematicky znázornenými horákmi 4, ktoré môžu byť bežného druhu a ktorých osi 4a smerujú mierne nahor. Horáky 4 sú usporiadané nad vstupným otvorom 3, aby bolo zaistené, že všetok plyn, ktorý vstúpi vstupným otvorom 3 do spaľovacej komory 1, musí prejsť plameňmi 4b horákov 4. Na obvode spaľovacej komory 1 sú rovnomerne rozmiestnené tri horáky 4 a ich šikmé osi 4a nesmerujú do zvislej osi la spaľovacieho priestoru. Skrutkový pohyb, vzniknutý prúdením plynu do spaľovacieho priestoru, sa týmto šikmým usporiadaním horákov 4 ešte zosilní.

Zachytávacie zariadenie 20 je usporiadané nad horákmi 4 a oddeľuje spaľovaciu komoru 1 od dodatočnej spaľovacej komory 15. Zachytávacie zariadenie 20 je v podstate prstenec, usporiadaný v upravenom segmente 5. Vnútorná časť zachytávacieho zariadenia 20 pozostáva z lamiel 6, ktoré dohromady vytvárajú prstenec a nechávajú tak uprostred spaľovacej komory 1 stredový priechodný otvor 7 a spolu so stenou 8 spaľovacieho priestoru vymedzujú vybranie 9. V lamelách 6 sú vnútorné dýzy 10a sekundárneho vzduchu, ktoré smerujú dovnútra a vonkajšie dýzy 10b prídavného sekundárneho vzduchu, ktoré smerujú von. Tieto dýzy 10a, 10b prídavného sekundárneho vzduchu sú vzhľadom na vodorovnú rovinu sklonené šikmo smerom dole pod uhlom a = 15°. Okrem toho nie sú orientované do zvislej osi la spaľovacieho priestoru, ale šikmo v zodpovedajúcom smere skratkovitého prúdenia v spaľovacej komore 1. Tým je zabránené príliš rýchlemu odťahovaniu plynov zo spaľovacej komory 1, lebo dýzami 10a, 10b je vytváraný prúdiacim sekundárnym vzduchom vzduchový vír, ktorý smeruje smerom dole tak v oblasti stredového priechodného otvoru 7, ako aj v oblasti vybrania 9.

Sekundárny vzduch je privádzaný k dýzam 10a, 10b rozvádzacími kanálmi 11 v lamelách 6. Do týchto rozvádzacích kanálov 11 je potom privádzaný vzduch privádzacími kanálmi 12 v oporných mostíkoch 13, ktoré sú usporiadané medzi jednotlivými vybraniami 9.

Lamely 6 majú lichobežníkový prierez, pričom vnútorná bočná plocha 14a a vonkajšia bočná plocha 14b sa zbiehajú smerom dole. Nad zachytávacím zariadením 20 je usporiadaná dodatočná spaľovacia komora 15, v ktorej môže dôjsť k ďalšiemu úplnému spáleniu. Na zvýšenie prebytku vzduchu a na ochladenie spalín sú

SK 278599 Β6 usporiadané dýzy 16 terciámeho vzduchu. Tieto dýzy 16 smerujú mierne smerom dole, aby tiež v dodatočnej spaľovacej komore 15 bolo zaistené pokiaľ možno dlhé zotrvanie plynov. Ďalej sa v stene dodatočnej spaľovacej komory 15 vyskytuje prielez 23. Sopúchom 24 je zariadenie pripojené k neznázomenému komínu. Môže byť tiež usporiadaný odťahový ventilátor, všeobecne však nie je potrebný.

Vstupným otvorom 3 vstupuje plyn obsahujúci škodlivé látky do spaľovacej komory' 1. Môžu to byť napríklad spaliny zo spaľovne, napríklad zo spaľovne odpadkov. Pretože tieto zariadenia pracujú všeobecne s prebytkom vzduchu, obsahujú spaliny kyslík. Keby tomu tak nebolo, môžu byť spaliny miešané so vzduchom z okolia.

Plyn, napríklad spaliny, z predradeného spaľovacieho zariadenia alebo zo spaľovne, obsahujúcej prebytok vzduchu, prúdi vstupným otvorom 3 do spaľovacej komory 1 a slúži ako primárny vzduch na pohon horáku alebo horákov. Prvá fáza spaľovania pritom prebieha stechiometricky alebo tesne podstechiometricky. Pritom vznikajú vysoké teploty 800 až 1 400 °C, ktoré uľahčujú rozklad zložitých organických molekúl, ako sú napríklad dioxíny alebo furány. V tejto spaľovacej komore 1 prúdi plyn skratkovitým pohybom nahor a prechádza plameňmi horákov 4.

Zachytávacie zariadenie 20 a sekundárny vzduch, ktorý z neho prúdi, brzdí pohyb plynov smerom nahor. Po dostatočnom zotrvaní v spaľovacej komore 1 prúdi plyn stredovým priechodným otvorom 7 a vybraniami 9. V dodatočnej spaľovacej komore 15 môže dôjsť k dokončeniu chemického rozkladu škodlivín. Plyny opúšťajú dodatočnú spaľovaciu komoru 15 sopúchom 24.

Sekundárny vzduch môže byť nosičom ďalšej škodliviny, ktorá môže byť buď kvapalná alebo v tvare pevných častíc. Rozsah použiteľnosti zariadenia podľa vynálezu sa touto ďalšou možnosťou na vnášanie škodlivín podstatne rozšíri. Predovšetkým na vnášanie médií, v ktorých sú škodliviny s vyššou koncentráciou, ako je to napríklad pri spalinách, je tento variant výhodný. Sekundárnym vzduchom môže byť do spaľovacej komoty vnášaný popol, ktorý pri prenikaní spaľovacím priestorom prechádza do sklovitého stavu a ktorý môže byť v spodnej časti spaľovacej komory' odvádzaný v podobe inertného média. Takto spracovaný a do sklovitej podoby prevedený popol je možné bez problémov ukladať na skládkach, lebo neobsahuje žiadne vodou rozpustné látky. Tak je možné sa zbavovať okrem spalín tiež popolu zo spaľovní.

Pri všetkých prípustných prevádzkových parametroch, teda tiež pri čiastočnom zaťažení, prinášajú takéto zariadenia takmer dokonalé zničenie vnesených škodlivín. To sa dosahuje pomerne jednoducho a v cenovo výhodnom zariadení.

Claims (14)

1. Zariadenie na tepelný rozklad fluidných škodlivín, hlavne dioxínov a íuránov, ktoré je tvorené valcovou spaľovacou komorou, na ňu nadväzujúcou dodatočnou spaľovacou komorou, aspoň jedným do spaľovacej komory nasmerovaným horákom, zachytávacím zariadením a dýzami prídavného vzduchu, pričom zachytávacie zariadenie je vytvorené ako prstenec so stredovým priechodným otvorom s menším priemerom ako je priemer spaľovacej komory, pričom okolo stredového priechodného otvoru sú usporiadané vybrania a v spaľovacej komore je usporiadaný najmenej jeden vstupný otvor plynu obsahujúceho škodli viny, predovšetkým spaliny, vyznačujúce sa tým, že horák (4) je usporiadaný nad vstupným otvorom (3) plynu obsahujúceho škodliviny, prstenec zachytávacieho zariadenia (20) je usporiadaný nad horákom (4) a pod dodatočnou spaľovacou komorou (15), a sú v ňom usporiadané dýzy (10a, 10b) prídavného sekundárneho vzduchu, ktoré sú nasmerované šikmo dole.

2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že aspoň jeden horák (4) smeruje do spaľovacej komory (1) šikmo.

3. Zariadenie podľa jedného z nárokov 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že vstupný otvor (3) smeruje do spaľovacej komory (1) šikmo.

4. Zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že dýzy (10a, 10b) prídavného sekundárneho vzduchu sú usporiadané šikmo, tak smerom dovnútra, ako aj smerom von.

5. Zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 4. vyznačujúce sa tým, že dýzy (10a, 10b) prídavného sekundárneho vzduchu sú k vodorovnej rovine sklonené smerom dole o uhol 15°.

6. Zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 5, vyznačujúce sa tým, že zachytávacie zariadenie (20) je tvorené lamelami (6), ktoré sú vytvorené ako časti kruhového prstenca.

7. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa tým, že lamely (6) medzi stredovým priechodným otvorom (7) a vybraniami (9) majú lichobežníkový prierez, pričom bočné plochy (14a, 14b) sa zbiehajú smerom dole.

8. Zariadenie podľa jedného z nárokov 6 alebo 7, vyznačujúce sa tým, že vo vnútri lamiel (6) sú medzi stredovým priechodným otvorom (7) a vybraniami (9) vytvorené rozvádzacie kanály (11) prídavného sekundárneho vzduchu, ktoré sú spojené s privádzacími kanálmi (12) v oporných mostíkoch (13) umiestnených medzi jednotlivými vybraniami (9).

9. Zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 8, vyznačujúce sa tým, že v hornej časti dodatočnej spaľovacej komory (15) je usporiadaná aspoň jedna dýza (16) prídavného terciámeho vzduchu.

10. Zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 9, vyznačujúce sa tým, že zachytávacie zariadenie (20) tvorí 20 až 50 % priečneho prierezu spaľovacej komory' (1).

11. Zariadenie podľa nároku 10, vyznačujúce sa tým, že zachytávacie zariadenie (20) tvorí 30 až 35 % priečneho prierezu spaľovacej komory (1).

12. Zariadenie podľa jedného z nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že spaľovacia komora (1) a dodatočná spaľovacia komora (15) sú vytvorené z prstencovitých segmentov (2), ktoré sú vytvorené ako moduly, pričom vonkajšia časť zachytávacieho zariadenia (20) je vytvorená ako pecový prstencový segment (2).

13. Zariadenie podľa nároku 12, vyznačujúce sa tým, že jednotlivé segmenty (2) sú vytvorené ako niekoľkovrstevné, pričom vo vnútri je žiaruvzdorná vrstva (17) žiaruvzdorných tehál a vonku aspoň jedna izolačná vrstva (18, 19) z izolačných tehál.

14. Zariadenie podľa jedného z nárokov 12 a 13, vyznačujúce sa tým, že segmenty (2) sú obalené izoláciou zo sklenenej vaty a oceľovým plášťom.