SK281854B6 - Spôsob a zariadenie na výrobu minerálnej vlny použitím odpadu minerálnej vlny ako recyklovaného východiskového materiálu - Google Patents

Abstract

Taviaca vaňa (1) na výrobu taveniny zo zmesi východiskových surovín (21) je združená s prídavnou taviacou jednotkou (4), prostredníctvom ktorej sa získa tavenina (29) z recyklovaného odpadu minerálnej vlny, z veľkej časti zodpovedajúcej v kvalite a zložení tavenine (2) získanej zo zmesi východiskových surovín (21). Tavenina (29) z recyklovaného odpadu sa vedie do taveniny (2) v taviacej vani (1) vhodným prívodným mechanizmom. Plynné spaliny (30) z prídavnej taviacej jednotky (4) sa vedú do plynných spalín (24) z taviacej vane (1), a kombinované plynné spaliny sa používajú na tepelne výmenné predhrievanie spaľovacieho vzduchu privádzaného na tavenie východiskových surovín (21), a časť predhriateho spaľovacieho vzduchu sa priamo privádza na tavenie východiskových surovín (21) a druhá časť sa oddeľuje a poprvýkrát sa používa na predhrievanie spaľovacieho vzduchu na tavenie odpadovej minerálnej vlny tepelnou výmenou s týmto spaľovacím vzduchom. Vzhľadom na rozdelenie "prípravy taveniny" na bežnú výrobu taveniny zo zmesi východiskových surovín (21) v taviacej vani (1) a súbežnú výrobu taveniny z odpadu z minerálnej vlny v prídavnej taviacej jednotke (4), privádzanej vstupom (28), z ktorej sú roztavené produkty a plynné spaliny priamo vedené do taviacej vane (1), je možné používať odpad z minerálnej vlny ako recyklovaný východiskový materiál nenákladným spôsobom bez ovplyvňovania zložitého riadenia parametrov procesu v bežnej výrobe taveniny.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby minerálnej vlny použitím odpadu minerálnej vlny ako recyklovaného východiskového materiálu, pri ktorom sa taví zmes východiskových surovín prostredníctvom energie uvoľňovanej spaľovaním privádzaného paliva s predhriatym spaľovacím vzduchom, čím sa vytvára tavenina východiskových surovín a plynné spaliny, a ďalej sa oddelene od tavenia východiskových surovín taví odpad z minerálnej vlny energiou uvoľňovanou spaľovaním privádzaného paliva s predhriatym spaľovacím vzduchom, čím sa vytvára tavenina odpadovej minerálnej vlny a plynné spaliny, a taveniny východiskových surovín a odpadovej minerálnej vlny sa spolu kombinujú a materiál taveninovej zmesi sa stenčuje na pretržité vlákna, ktoré sa ukladajú na vytváranie minerálnej vlny s náhodnou orientáciou. Ďalej sa vynález týka zariadenia na uskutočňovanie tohto spôsobu.

Doterajší stav techniky

Snaha o použitie odpadu minerálnej vlny v širokej miere ako recyklovaného východiskového materiálu na výrobu minerálnej vlny je už sledovaná dlhší čas. Cieľom je použiť výrobné odpady, ktoré nutne vznikajú v tomto systéme, napríklad keď sa strihajú pásy z minerálnej vlny alebo odpad odmietnutý kontrolou kvality. Cieľom, ktorý taktiež nie je zanedbateľný, je mať možnosť opätovne získavať a používať už použité výrobky z minerálnej vlny po ich využití používateľom. Odpad z minerálnej vlny na recyklovanie tak vzniká v premenlivých množstvách a toto množstvo môže byť i polovica východiskového materiálu vsadzovaného na výrobu taveniny. Môže byť preto v pomere 1:1i vyššom k čerstvej zmesi používaných surovín.

Obnovené tavenie odpadu z minerálnej vlny je však konfrontované s radom technologických problémov. Hlavný problém spočíva v skutočnosti, že väčšia časť odpadu z minerálnej vlny obsahuje organické látky, ako je spojivo použité na výrobu plsti z minerálnej vlny, dosky z minerálnej vlny alebo organické zvyšky pochádzajúce z ich použitia, ako sú ponechané zvyšky upevňovacích prvkov. Keď sa vyrába kamenná vlna (rock wool), je v zásade možné zavádzať s tým spojený obsah uhlíka do taveniny, ale dochádza tým k zmene zloženia taveniny a k napadaniu žiaruvzdorného materiálu taviacej vane. Pri výrobe sklenenej vlny však nie je podstatnejšie zanášanie uhlíka do taveniny prípustné vôbec. V tomto poslednom prípade je možné pridávať oxidačné činidlo, ktoré však zvyšuje náklady na vstupný materiál a ovplyvňuje emisiu odpadových plynov (spalín) s tým dôsledkom, že pridávanie odpadu obsahujúceho uhlík je v každom prípade nutné obmedziť na malé hodnoty.

Aby sa odstránil obsah uhlíka z odpadu z minerálnej vlny pred tavením v taviacej vani, je známe z francúzskeho patentového spisu FR-A-0 410 889 podrobovať odpad z minerálnej vlny pyrolýze v tunelovej peci. Na tento účel sa roztrhaný odpad necháva prenikať prúdom horúceho plynu pri určitej výške vrstvy vnútri tunelovej pece a je tým temperovaný. Pyrolýzový plyn je inertný alebo má obsah kyslíka zmenšený v porovnaní s prívodom vzduchu iba do tej miery, že zabraňuje tak intenzívnemu spaľovaniu, že by v dôsledku nadmerného uvoľňovania energie mohlo dôjsť k taveniu východiskového materiálu, zatiaľ čo organické nečistoty sú uzavreté v roztavenej hmote. Naproti tomu sa musia organické plyny, unášané spolu s pyrolýzovými plynmi, spáliť v cykle procesu, aby sa tak dodávala energia zo sa motného procesu do pyrolyzovacieho plynu pred tým, ako je opäť vedený odpadom z minerálnej vlny.

Vzhľadom na dlhé obdobia pobytu odpadu z minerálnej vlny v pyrolytickej peci, eventuálne presahujúce napríklad jednu hodinu, dochádza k zníženému výkonu zariadenia výmenou za vynaložené investičné náklady. Pretože je ďalej potrebná vonkajšia energia, ktorá je stratená pred zavádzaním do roztavenej hmoty (taveniny) v dôsledku chladnutia, vedie to aj k pomerne vysokým energetickým nárokom. I keď je tento spôsob uspokojivý z technického hľadiska, je neuspokojivý ekonomicky.

Zo spisu EP-A-339 314 je oproti tomu známe taviť odpad z minerálnej vlny v taviacej jednotke, a tým spaľovať organické nečistoty. Používa sa čistý kyslík alebo vzduch silne obohatený o kyslík kvôli dosiahnutiu spaľovania pri vysokých teplotách nad hladinou taveniny, takže organické nečistoty sa spália pokiaľ možno naj úplnej šie pred tým, ako teplo vyvíjané v tomto spaľovaní spôsobí tavenie minerálnej vlny v tejto polohe. Okrem spúšťacích alebo pomocných horákov sa prevažujúca časť taviacej energie odvodzuje od spaľovania organických nečistôt s vysokými teplotami.

Okrem relatívne vysokých investičných nákladov vznikajú značné náklady s výnimkou relatívne nízkych nákladov na palivo, na spotrebu kyslíka. Manipulácia s kyslíkom pri prípravnej výrobe si ďalej vyžaduje zvláštne opatrenia, ktoré robia výrobu drahšou z hľadiska technických zariadení a nárokov na personál. Okrem toho sa stráca veľké množstvo energie obsiahnuté v odpadovom plyne a odpadový plyn (spaliny) vyžaduje samostatné čistenie. Energia z výroby taveniny sa taktiež stráca, keď sa tavenina pri praktickej prevádzke vypúšťa cez plnič a frituje sa, a odpadový materiál sa pridáva do zmesi surovín taviacej vane ako frita.

Pretože má odpad z minerálnej vlny ďalej izolačné vlastnosti, čo znamená, že je potrebný relatívne dlhý čas, až sa dosiahne teplota tavenia na strane odvrátenej smerom od taveniny, keď je ukladaný na taveninu, a pretože vlna má ďalej tendenciu byť nesená vzduchom vo vírivom prúde plameňov nad taveninou a tak znečisťuje odpadový plyn, bolo dosiaľ vždy cieľom vsadzovať odpad z minerálnej vlny, v danom prípade po eliminovaní jeho obsahu uhlíka, dobre zmiešaný so zmesou východiskových materiálov. Týmto spôsobom bolo potrebné urobiť z odpadu z minerálnej vlny pokiaľ možno homogénnu časť zmesi východiskových materiálov, aby bola nastavená prevádzka čo možno najmenej rušená

Cieľom vynálezu je vytvoriť spôsob a zariadenie v úvode uvedeného druhu, ktorým by bolo možné použiť odpad z minerálnej vlny ako recyklovaný východiskový materiál úspešne a nenákladne a bez akýchkoľvek škodlivých účinkov na taviaci proces.

Podstata vynálezu

Riešenie podľa vynálezu je založené na použití bežnej taviacej vane, vyhrievanej fosílnym palivom. Tu sa zavádza taviaca energia spaľovaním paliva, hlavne palivového plynu, a spaľovacieho vzduchu, s plameňmi vytváranými nad povrchom taveniny. Na dne taviacej vane sa tavenina odoberá a vedie sa do rozvlákňovacej jednotky vytvárajúcej pretržité minerálne vlákna, ktoré tvoria minerálnu vlnu po ich ukladaní na výrobnom dopravníku. Spaľovací vzduch sa predhrieva tepelnou výmenou s odpadovými plynmi vane. Zvyšná energia odpadových plynov sa potom používa na predhrievanie zmesi východiskových materiálov, pričom odpadové plyny sa následne v danom prípade uvoľňujú do ovzdušia po ďalšej tepelnej výmene so spaľovacím vzdu2 chom a zodpovedajúcom čistení. Riadenie teploty a zloženie taveniny a odpadových plynov (plynných spalín) sú obzvlášť kritické parametre, pretože teplota taveniny musí byť udržiavaná presne počas rozvlákňovania a je potrebné vylúčiť výchylky v zložení roztavenej hmoty so zodpovedajúcimi výchylkami vlastností. Zloženie odpadového plynu by malo byť pokiaľ možno konštantné s cieľom zabrániť obohacovaniu roztavenej hmoty určitými látkami, ktoré sú filtrované počas tepelnej výmeny so zmesou východiskových materiálov počas tepelnej výmeny so zmesou východiskových materiálov a ktoré sa opäť vedú spolu so zmesou východiskových materiálov. Systém je preto relatívne citlivý na akékoľvek vonkajšie vplyvy s ohľadom na látky a energiu, ktoré rušia nastavený stav.

Podstata spôsobu podľa vynálezu spočíva v tom, že pri spôsobe v úvode uvedeného typu sa plynné spaliny z tavenia odpadovej minerálnej vlny kombinujú s plynnými spalinami z tavenia zmesi východiskových surovín a výsledné kombinované plynné spaliny sa používajú na tepelne výmenné predhrievanie spaľovacieho vzduchu privádzaného na tavenie východiskových surovín, a časť predhriateho spaľovacieho vzduchu sa priamo privádza na tavenie východiskových surovín a druhá časť sa oddeľuje a poprvýkrát sa používa na predhrievanie spaľovacieho vzduchu na tavenie odpadovej minerálnej vlny tepelnou výmenou s týmto spaľovacím vzduchom.

Skutočnosť, že tavenina odpadovej minerálnej vlny je vedená priamo k taviacej vani z taviacej jednotky, t. j. stále v roztavenom kvapalnom stave, a tu je zvádzaná dohromady s roztavenou hmotou vytváranou z čerstvej zmesi surovín, má za následok výhodnú využiteľnosť energie zo spaľovania organických nečistôt pre taviaci proces. Tam, kde prídavná taviaca jednotka nevyžadovala žiaden vonkajší prívod energie a odpad z minerálnej vlny sa plnil v pomere 1 : 1 s čerstvou zmesou surovín, je možné tak ušetriť približne polovicu energie pre taviaci proces a zodpovedajúcim spôsobom menej, keď sa používa prídavná vonkajšia energia. Vzhľadom na skutočnosť, že odpadový plyn (plynné spaliny) prídavnej taviacej jednotky je taktiež vedený do taviacej vane a odvádzaný spolu s odpadovým plynom z tejto vane, je tým zaistené, že sa nielen využíva energetický obsah plynných spalín (odpadového plynu) z prídavnej taviacej jednotky na predhrievanie spaľovacieho vzduchu, a v danom prípade aj energetický obsah zmesi surovín na výstupnej strane, ale vykonáva sa tiež spracovávanie plynných spalín z prídavnej taviacej jednotky spolu s plynnými spalinami z vane bez toho, aby boli potrebné samostatné investície do technických vybavení.

Na jednej strane má toto za následok vzájomné spojenie taviacej vane a prídavnej taviacej jednotky úplne podobné prevádzke taviacej vane úplne bez recyklovaného východiskového materiálu iba s čerstvou zmesou surovín. V určitom zmysle je funkčná časť taviacej vane iba odsunutá do prídavnej taviacej jednotky s cieľom, aby sa tu tavil recyklovaný východiskový materiál namiesto čerstvej zmesi surovín, a to v optimálnych podmienkach, pričom tavenina a plynné spaliny sa však okamžite znova spájajú, takže výsledné podmienky v spojeniach taviacej vane pre taveninu na jednej strane a pre plynné spaliny na druhej strane sa odlišujú od tých, aké by boli v prípade, keď by sa všetka tavenina získava z čerstvej zmesi surovín. Možno tak povedať, že prídavná taviaca jednotka tak patrí do „vnútorného taviaceho vaňového komplexu“ bez ovplyvňovania vonkajšieho komplexu okrem znížených nárokov na ohrev taviacej vane. Predovšetkým je možné kedykoľvek a bez škodlivých účinkov na prevádzku zariadenia znova začať výrobu bez akéhokoľvek recyklovaného východiskového materiálu, alebo na používanie meniacich sa množstiev recyklovaného východiskového materiálu.

Aj keď je možné konštruovať prídavnú taviacu jednotku spôsobom opísaným v EP-A-389 314 a privádzať do nej kyslík alebo vzduch obohatený kyslíkom, dáva sa prednosť tomu, že prídavná taviaca jednotka tiež pracuje so spaľovacím vzduchom, ktorý je rovnako predhrievaný prostredníctvom tepelnej energie uvedených plynných spalín z vane. Pod pojmom spaľovací vzduch sa vždy chápe vzduch majúci atmosférické zloženie. V dôsledku toho nie sú potrebné žiadne náklady na zvláštne manipulačné opatrenia na prácu s kyslíkom. Ďalej nie je žiaden rozdiel medzi normálnou prevádzkou taviacej vane bez recyklovaného východiskového materiálu, pokiaľ ide o privádzaný spaľovací vzduch, a tiež vznikajúce plynné spaliny z hľadiska zloženia a množstva do veľmi vellej miery zodpovedajú plynným spalinám z taviacej vane vznikajúcim pri normálnej prevádzke.

Keď sa ďalej časť spaľovacieho vzduchu, predhrievaného v tepelnej výmene s odpadovým plynom, odvádza a smeruje na ďalšiu tepelnú výmenu s prídavným spaľovacím vzduchom privádzaným do prídavnej taviacej jednotky na účely jej predhrievania, vedie to k využitiu časti tepelnej energie uvoľňovanej plynnými spalinami na predhrievanie spaľovacieho vzduchu prídavnej taviacej jednotky, ale bez toho, aby ten spaľovací vzduch, ktorý vstúpil do tepelnej výmeny s plynnými spalinami, musel byť dodávaný do prídavnej taviacej jednotky. Na tento účel je skôr možné samostatne privádzať spaľovací vzduch, ktorý dostáva tepelnú energiu na jeho predhrievanie z plynných spalín cez predhrev tepelnou výmenou so spaľovacím vzduchom. To je obzvlášť dôležité, ak z konštrukčných dôvodov tlak spaľovacieho vzduchu, vstupujúceho do tepelnej výmeny s plynnými spalinami, je príliš nízky na vystupovanie do prídavnej taviacej jednotky, aby potom mohol byť silnejšie stlačený spaľovací vzduch dodávaný do tejto jednotky jednoduchým spôsobom a uvádzaný do tepelnej výmeny s nízkotlakým spaľovacím vzduchom na jeho ceste do prídavnej taviacej jednotky.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu sa odvádzaný spaľovací vzduch na tepelnú výmenu s uvedeným prídavným spaľovacím vzduchom, sledujúci jeho ďalšiu tepelnú výmenu proti prúdu k uvedenému výmenníku tepla, opäť spája so spaľovacím vzduchom pre uvedenú taviacu vaňu. To má za následok vytvorenie okruhu, v ktorom sa odoberá od odbočkového bodu časť predhriateho spaľovacieho vzduchu, ktorý od výmenníka tepla (v ktorom odovzdával teplo výmenou tepla so spaľovacím vzduchom pre prídavnú jednotku) a zmiešaní s čerstvým spaľovacím vzduchom prešiel rekuperátorom (kde sa ohrial výmenou tepla s plynnými spalinami). V prípade potreby môže tu byť využitý predhrievači účinok násobných priechodov spaľovacieho vzduchu výmenníkom tepla na tepelnú výmenu s plynnými spalinami na dosiahnutie vyššej vstupnej teploty spaľovacieho vzduchu, privádzaného do taviacej vane, ako by to bolo bez takéhoto okruhu, t. j. ak by bol pri teplote približne 20 °C nasávaný stopercentne čerstvý vzduch.

V obzvlášť výhodnom uskutočnení vynálezu sa ako uvedená prídavná taviaca jednotka použije taviaca cyklóna. Taviace cyklóny sú samy o sebe známe a sú používané hlavne v odbore pyrometalurgického spracovania rudných koncentrátov. Je možné sa tu odvolať ako súčasť opisu na spisy DE-C-2 348 105, DE-C-2 938 001, DE-C-2 952 330, DE-C-3 101 369, DE-C-3 335 859, DE-A-3 374 099 a DE-C-3 607 774. Taviaci proces v taviacej cyklóne prebieha vnútri plameňa prítomného vnútri cyklóny. Vzhľadom na vysoké prietokové rýchlosti a výsledný dobrý prenos tepla sú častice veľmi rýchle tavené. Roztavená hmota vystupuje spolu s odpadovým plynom (plynnými spalinami) sústre

SK 281854 Β6 dným otvorom v dne cyklóny. Podobne ako v prípade riešenia podľa EP-A-389 314 je tiež možné využívať spaľovacie teplo organických zložiek pre taviaci proces, čo má za následok zníženú spotrebu energie. V ktoromkoľvek prípade je však potrebné privádzať vonkajšie palivo do taviacej cyklóny v takých množstvách, aby bolo zaistené rýchle a v podstate bczzvyškové spaľovanie organických nečistôt vzhľadom na vysoké prietokové rýchlosti.

V prednostnom vyhotovení vynálezu sa odpadová minerálna vlna pred zavádzaním do uvedenej taviacej jednotky trhá na veľkosť častíc menšiu ako 2 mm. To zaisťuje veľkosť častíc priaznivú na prenos tepla v taviacej cyklóne.

V obzvlášť výhodnom vyhotovení vynálezu sa uvedená recyklovaná tavenina vedie od uvedenej prídavnej taviacej jednotky do malej výšky nad hladinou taveniny a zavádza sa do uvedenej taviacej vane s malou kinetickou energiou. To zaisťuje, že privádzanie taveniny do taviacej vane nevyvolá silné lokálne cirkulačné pohyby v taviacej vani, ktoré by mohli namáhať a predčasne poškodzovať žiaruvzdorné steny.

Vynález ďalej navrhuje zariadenie na vykonávanie uvedeného spôsobu, obsahujúce taviacu vaňu, napojenú na prívod východiskových surovín, vybavenú výstupom plynných spalín napojeným na rekuperátor, cez ktorý je v protiprúde pripojený prívod spaľovacieho vzduchu, a ďalej obsahuje prídavnú taviacu jednotku, ktorá sama je napojená na prívod odpadovej minerálnej vlny, prívod paliva a prívod predhriateho spaľovacieho vzduchu, ktorého podstatou je, že prívod spaľovacieho vzduchu obsahuje prívodné vedenie od rekuperátora k taviacej vani, z ktorého odbočuje oddeľovacie vedenie predhriateho spaľovacieho vzduchu, pripojené k primárnej strane výmenníka tepla, ktorého sekundárna strana je tvorená vedením spaľovacieho vzduchu, napojeným na prívod predhriateho spaľovacieho vzduchu do prídavnej taviacej jednotky, a pričom výstup plynných spalín z prídavnej taviacej jednotky je napojený na priestor taviacej vane

Pretože roztavený recyklovaný materiál v sebe ukladá energiu spotrebovanú v prídavnej taviacej jednotke, môže výhodne odpadnúť potreba prídavnej energie na tavenie medzitým stuhnutej taveniny recyklovaného materiálu. To isté analogicky platí pre plynné spaliny z tavenia recyklovaného materiálu, ktoré sú vedené priamo z prídavnej taviacej jednotky prívodom k plynným spalinám taviacej vane bez podstatnej straty energie. Vzhľadom na priame spojenie prídavnej taviacej jednotky s taviacou vaňou prostredníctvom prívodného mechanizmu a kombináciou jednak hmotnostných prietokov roztaveného recyklovaného materiálu a taveniny a jednak plynných spalín z tavenia recyklovaného materiálu a plynných spalín z tavenia čerstvých surovín, môžu byť výhodne vypustené nákladné prídavné mechanizmy na samostatné vedenie hmotnostných prúdov.

Podľa ďalšieho znaku zariadenia podľa vynálezu môže byť spaľovací vzduch pre prídavnú taviacu jednotku vedený do prídavného výmenníka tepla a odtiaľ prívodným vedením do uvedenej prídavnej taviacej jednotky, a to pomocou kompresora. To vytvára výhodnú možnosť voliť teplotu a tlak spaľovacieho vzduchu na tavenie recyklovaného materiálu nezávisle od spaľovacieho vzduchu pre taviacu vaňu. Ďalšou výhodou je, že na tento účel je možné použiť normálny atmosférický vzduch, čo má za následok podobnosť plynných spalín z tavenia recyklovaného materiálu a plynných spalín z vane, a tým i zjednodušenú kombináciu prúdov plynných spalín na využitie tepla a následné spracovanie.

Spaľovací vzduch jedného z okruhov spaľovacieho vzduchu môže byť podľa ďalšieho znaku vynálezu vedený od uvedeného ďalšieho výmenníka tepla cez výmenník tepla vo forme rekuperátora do taviacej vane, pričom v uvedenom okruhu spaľovacieho vzduchu je vradený ventilátor a prívod čerstvého spaľovacieho vzduchu medzi výmenníkom tepla a rekuperátorom, pričom prostredníctvom uvedeného prívodu čerstvého spaľovacieho vzduchu môže byť pridávaný primiešavaním do uvedeného okruhu ďalší spaľovací vzduch z okolitého prostredia. Medzi výmenníkom tepla vo forme rekuperátora a taviacou vaňou je ďalej umiestnená odbočka na odoberanie časti spaľovacieho vzduchu a jej opätovné smerovanie k uvedenému výmenníku tepla.

Samostatný okruh spaľovacieho vzduchu pre taviacu vaňu podľa uvedeného riešenia umožňuje dosiahnuť súčasne niekoľko účelov. Jednak môžu byť teplota a tlak spaľovacieho vzduchu pre taviacu vaňu nastavované nezávisle od zodpovedajúcich parametrov spaľovacieho vzduchu na tavenie recyklovaného materiálu tak, aby boli optimálne pre taviaci proces. Ďalej je výhodne možné oddeľovať časť spaľovacieho vzduchu, predhriateho v rekuperátore, a viesť ju do výmenníka tepla na predhrev spaľovacieho vzduchu na tavenie recyklovaného materiálu. Do tohto oddeľovaného vzduchového prúdu môže byť ďalej privádzaný čerstvý vzduch z okolitého prostredia v požadovaných množstvách, a to prostredníctvom uvedeného prívodu, takže rekuperátorom prúdi plný hmotnostný prietok.

Tepelné spojenie okruhu spaľovacieho vzduchu pre taviacu vaňu s prívodným vedením na spaľovací vzduch na tavenie recyklovaného materiálu, vytvorené výmenníkom tepla, umožňuje používať teplo plynných spalín z vane nielen na ohrev spaľovacieho vzduchu pre taviacu vaňu, ale výhodne aj na ohrev spaľovacieho vzduchu na tavenie recyklovaného materiálu. Tým môže byť vylúčená potreba vonkajšej energie na ohrev spaľovacieho vzduchu na tavenie recyklovaného materiálu.

Podľa ďalšieho znaku zariadenia podľa vynálezu je prídavná taviaca jednotka vytvorená ako cyklóna. Výhody použitia cyklóny boli uvedené už pri vysvetľovaní spôsobových znakov. Predovšetkým, mimoriadne veľké rýchlosti spaľovania vírivého prúdu v spaľovacej komore zaručujú bezzvyškové spaľovanie nečistôt odpadu z minerálnej vlny, takže nie sú opätovne vnášané do získanej recyklovanej taveniny. Použitím taviacej cyklóny je dosiahnuté to, že nečistoty zostávajú v plynných spalinách z tavenia recyklovaného materiálu.

Podľa ďalšieho znaku zariadenia podľa vynálezu môže byť recyklovaná tavenina privádzaná do uvedenej taveniny v uvedenej taviacej vani pri nízkej rýchlosti z malej výšky. Sú tak vylúčené lokálne vírivé prúdy, takže teplotný profil roztavenej hmoty tak nie je rušený. Okrem toho je vylúčené prídavné namáhanie žiaruvzdornej steny taviacej vane, vyvolávané intenzívnymi cirkulačnými pohybmi.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom opise na príkladoch vyhotovenia s odvolaním na pripojené výkresy, v ktorých znázorňuje:

obr. 1 schému spôsobu podľa vynálezu a funkciu zariadenia na jeho vykonávanie, a obr. 2 zvislý rez konštrukčným usporiadaním zariadenia podľa vynálezu.

SK 281854 Β6

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obr. 1 ukazuje taviacu vaňu 1 obsahujúcu taveninu 2 a vybavenú prívodom 3 východiskových surovín 21 ako plniacim mechanizmom. Taviaca vaňa 1 je združená s prídavnou taviacou jednotkou 4 majúcou tvar cyklónovej pece, a je ďalej spojená s rekuperátorom 5. Ďalej zariadenie obsahuje okruh 16 na spaľovací vzduch s ventilátorom 6, protiprúdovým výmenníkom 7 tepla, vedeniami (potrubiami) 8, 9, 10, 11, 12 a 13 na spaľovací vzduch, prívodným vedením 11a spojkou 14. Ďalej zariadenie obsahuje prívod 20 spaľovacieho vzduchu na tavenie recyklovaného odpadu v cyklónovej peci, vybavený kompresorom 17. Tento prívod 20 obsahuje vedenia (potrubia) 18,19, ktoré tvoria sekundárnu stranu výmenníka 7 tepla.

Do taviacej vane 1 sa privádza prívodom (plničom) 3 zmes východiskových surovín 21, ďalej palivo 22, a cez prívod 8 predhriaty spaľovací vzduch. Získaná roztavená hmota (tavenina) 2 je vedená do rozvlákňovacej jednotky 23. Plynné spaliny vyvíjané v taviacej vani 1, prúdia potrubím na výstup plynných spalín 24 do rekuperátora 5.

Vnútri rekuperátora 5 plynné spaliny prúdiace potrubím na výstup plynných spalín 24, uvoľňujú tepelnú energiu na predhrievanie spaľovacieho vzduchu, privádzaného cez vedenie 10 ventilátorom 6 a prúdiaceho prívodným vedením 8 do taviacej vane 1. Plynné spaliny potom prúdia z rekuperátora 5 vedením 25 do neznázomeného predhrievača materiálu, kde sa odoberá tepelná energia plynných spalín na predhrievanie zmesi východiskových surovín 21 privádzaných do taviacej vane. Následne sa ochladené plynné spaliny čistia od znečisťujúcich látok neznázomenými filtrami a vypúšťajú sa do okolia.

Okruh 16 na spaľovací vzduch je konštruovaný tak, že spaľovací vzduch je nasávaný z okolia prívodným vedením 11a pridáva sa do spaľovacieho vzduchu privádzaného vedením 12, cez spojku 14, aby potom spoločne vstupoval vedením 10 do rekuperátora 5. V rekuperátore 5 je z plynných spalín odovzdávaná tepelná energia do spaľovacieho vzduchu. Predhriaty spaľovací vzduch potom prúdi vedením 8 do taviacej vane 1. Predtým môže byť časť predhriateho spaľovacieho vzduchu oddeľovaná v odbočke 15 a vedená vedením 9 do výmenníka 7 tepla, kde sa tepelná energia z tohto spaľovacieho vzduchu odoberá na predhrievanie spaľovacieho vzduchu prúdiaceho vedením 18, 19 spaľovacieho vzduchu na tavenie recyklovaného materiálu sekundárnou stranou výmenníka. Spaľovací vzduch primárneho potrubia výmenníka tepla 7, ktorý je mierne ochladený, je ďalej vedený vedením 13 z výmenníka 7 tepla do ventilátora 6 a prúdi opäť vedením 12 ku spojke 14. Tu je tento spaľovací vzduch opäť zmiešavaný so spaľovacím vzduchom nasávaným z okolia prívodným vedením 11.

V prívode 20 spaľovacieho vzduchu na tavenie recyklovaného materiálu je vzduch z okolia stláčaný prostredníctvom kompresora 17, ktorý je výhodne rotačný piestový kompresor, a je vedený do sekundárnej strany výmenníka 7 tepla cez vedenie 18. Vo výmenníku 7 tepla sa tepelná energia zo spaľovacieho vzduchu okruhu 16 na spaľovací vzduch, vstupujúceho vedením 9, odovzdáva do spaľovacieho vzduchu prívodu 20 na tavenie recyklovaného odpadu. Predhriaty spaľovací vzduch prúdi vedením 19 do taviacej jednotky 4.

Prídavná taviaca jednotka 4 je ďalej napájaná palivom 26, ako i prívodným vzduchom 27 a prívodom 28 odpadovej minerálnej vlny. Roztavený recyklovaný materiál 29, získaný v taviacej jednotke 4, ako i výsledné plynné spaliny 30 z tavenia recyklovaného materiálu, sú vedené do taviacej vane 1.

Za chodu je taviaca vaňa 1 plynulé plnená čerstvou zmesou surovín 21, napríklad 10 ton čadiča za deň, prostredníctvom prívodu 3 ako plniaceho mechanizmu. Vykurovanie taviacej vane 1 sa vykonáva tradičným spôsobom fosílnym palivom, ktoré je v tomto prípade privádzané vo forme paliva 22 do taviacej pece 1 s cieľom zaistiť tepelnú energiu potrebnú na vytvorenie požadovaného roztaveného sklovinového materiálu 2. Zavádzanie tepelnej energie sa vykonáva cez povrch taveniny spaľovaním paliva s predhriatym spaľovacím vzduchom, ktorý je získavaný z prívodného vedenia 11. Tavenina 2 sa plynulo odoberá na dne taviacej vane 1 a vedie sa do rozvlákňovacej jednotky 23, ktorá vyrába 21 ton sklenej vlny denne.

Okrem čerstvej zmesi východiskových surovín 21 môže byť do taviacej vane 1 privádzaný roztavený recyklovaný materiál 29 majúci teplotu 1350 °C, spolu s plynnými spalinami 30 z prídavnej taviacej jednotky 4, ktorá má teplotu 1500 °C.

Plynné spaliny 30 z prídavnej taviacej jednotky 4 sa zmiešavajú s plynnými spalinami zo spaľovacieho procesu taviacej vane 1 a sú vedené do rekuperátora 5 ako spoločné plynné spaliny (odpadový plyn z taviacej vane) pri teplote 1400 °C výstupným potrubím. V rekuperátore 5 slúžia plynné spaliny z taviacej vane, majúce teplotu 1400 °C, na prehrievanie spaľovacieho vzduchu privádzaného vedením 10 a potom na predhrievanie Čerstvej zmesi východiskových surovín 21. Následne sú plynné spaliny ďalej spracovávané vo filtroch na odstraňovanie znečisťujúcich zložiek.

Okruh 16 spaľovacieho vzduchu začína nasávaním spaľovacieho vzduchu prívodným vedením 11 z okolia pri teplote 20 °C. Nasávaný spaľovací vzduch je po spojení v spojke 14 zmiešavaný so spaľovacím vzduchom, privádzaným od ventilátora 6 vedením 12. Spaľovací vzduch privádzaný vedením 12, predtým odovzdal tepelnú energiu do spaľovacieho vzduchu, dopravovanému sekundárnou stranou výmenníku 7 tepla vedením 18 na účely jeho predhrievania na teplotu potrebnú na jeho prívod do prídavnej taviacej jednotky 4. Spaľovací vzduch vo vedení 10 potom prúdi rekuperátorom 5, kde absorbuje tepelnú energiu z plynných spalín z vane. Potom sa znova odoberá časť predhriateho spaľovacieho vzduchu v odbočke 15 späť do okruhu 16 spaľovacieho vzduchu a zvyšná časť sa privádza vedením 8 do taviacej vane 1 ako predhriaty spaľovací vzduch.

Spaľovací vzduch prívodu 20 na tavenie recyklovaného materiálu v prídavnej taviacej jednotke 4 je tiež nasávaný z okolitého prostredia, potom je kompresorom 17 stláčaný na systémový tlak približne 0,13 MPa na prívod do taviacej jednotky 4, a je zahrievaný na požadovaných 650 °C vo výmenníku tepla 7 tepelnou energiou zo spaľovacieho vzduchu, odoberaného z odbočky 15 a privádzaného vedením 9.

Prídavná taviaca jednotka 4, opísaná na obr. 1 a schematicky znázornená na obr. 2, je v znázornenom vyhotovení vytvorená na spôsob taviacej cyklóny, i keď sú možné i iné tvary pece.

Taviaca jednotka 4 v podstate pozostáva z taviacej cyklóny 31. Tá má výhodne valcovú stenu 32, veko 33 obsahujúce násypkovitý mechanizmus 34 na plnenie prívodu 28 recyklovaného odpadu z minerálnej vlny, dno 35 obsahujúce výstup 36 na roztavený recyklovaný materiál 29 a plynné spaliny 30 z jeho tavenia. Taviaca cyklóna 31 je oplášťovaná chladiacim mechanizmom 37, obsahujúcim vstup 38 na chladiacu vodu a výstup 39 na chladiacu vodu. Taviaca cyklóna 31 ďalej obsahuje prívod 40 spaľovacieho vzduchu a prívod 41 paliva. Taviaca cyklóna 31 je v príkladnom prípade uložená pri taviacej vani 1 a na obr. 2 je znázornené priame spolupôsobenie s vaňou.

SK 281854 Β6

Odpad 28 z minerálnej vlny je zavádzaný prívodom 28 do taviacej cyklóny 31 cez plniaci mechanizmus 34 prostredníctvom prívodného vzduchu 27. Palivo 26 sa zavádza prívodným vedením 41, ktoré môže mať tvar rúrky a ktoré je usporiadané sústredne v smere toku uprostred prúdu predhriateho spaľovacieho vzduchu, ktorý je tu tiež privádzaný. Spaľovací vzduch z prívodu 19 a palivo 26 sa navzájom zmiešavajú a prúdia do taviacej cyklóny 31 ako zmes.

Odpadová minerálna vlna, zavádzaná prívodom 28 do taviacej cyklóny 31, a spaľovací vzduch zmiešavaný s palivom 26, ktoré sú fúkané do taviacej cyklóny 31, horia v silnom vírivom prúde 48 vnútri spaľovacej komory 47 taviacej cyklóny 31. V danom vyhotovení roztavený recyklovaný materiál 29 a plynné spaliny 30 prúdia výstupom 36 taviacej cyklóny do prívodného mechanizmu 43 a odtiaľ do taviacej vane 1.

Tu prúdi roztavený recyklovaný materiál 29 sledujúci neznázomený kanál 42 roztavenej hmoty a plynné spaliny 30 prúdia spolu prívodným mechanizmom 43 do taviacej vane 1, ktorá je tepelne utesnená klenbou 44 a je v spojení s prívodným mechanizmom 43 cez otvor 45. Cez plnič 3 je taviaca vaňa 1 napájaná čerstvou zmesou východiskových surovín 21. Roztavený recyklovaný materiál 29 z taviacej cyklóny 31 prúdi prívodným mechanizmom 43 a je plynulé privádzaný do taveniny 2 vhodným mechanizmom 46 ležiacim nad ňou pre to, aby vstupoval z malej výšky pri rýchlosti približne nula vzhľadom na taveninu 2.

Za chodu sa fúkanie spaľovacieho vzduchu do taviacej cyklóny 31 dosahuje prívodným vedením 40 spaľovacieho vzduchu, majúcim tvar sústredného plášťa okolo paliva 26, výhodne s počiatočným otáčaním tak, že vírivým prúdom v spaľovacej oblasti v spaľovacej komore 47 dochádza k dokonalému bezzvyškovému spaľovaniu nečistôt v odpadovej minerálnej vlne a je zaisťované jeho náležité tavenie bez opätovného zavádzania prítomných nečistôt.

V samotnej taviacej cyklóne sa pridávaná odpadová minerálna vlna, zavádzaná prívodom 28, taví pri zodpovedajúcej teplote a uľpievajúce nečistoty alebo nečistoty obklopované v odpade sú uvoľňované a spaľované. Tu sa výhodne využíva prívod energie nečistotami obsahujúcimi uhlík a prítomnými v odpade z minerálnej vlny. Silný vírivý prúd 48 v spaľovacej komore 47 zaisťuje úplné spaľovanie nečistôt a i to, že nečistoty nie sú znova uzavreté v čerstvo získanom roztavenom recyklovanom materiáli 29, ale sú odvádzané v plynných spalinách 30 z tavenia v cyklóne. Odvádzané plynné spaliny 30 sa pridávajú k spalinám vystupujúcim z taviacej vane 1 a odstraňujú sa z nich nečistoty potom, čo tepelná energia bola použitá na predhrievanie spaľovacieho vzduchu a zmesi východiskových surovín 21.

Vynález tak prináša spôsob a zariadenie na výrobu minerálnej vlny pri použití odpadu z minerálnej vlny ako recyklovanej východiskovej suroviny. Taviaca vaňa na výrobu taveniny zo zmesi východiskových surovín je tu spojená s prídavnou taviacou jednotkou, prostredníctvom ktorej sa získa z odpadu z minerálnej vlny roztavený recyklovaný materiál, ktorého kvalita a zloženie zodpovedajú podľa požiadaviek kvalite a zloženiu surovín. Roztavený recyklovaný materiál je vedený do taveniny v taviacej vani vhodným privádzacím mechanizmom. Plynné spaliny z prídavnej taviacej jednotky sú vedené do plynných spalín z vane a zmes plynných spalín sa používa na predhrievanie spaľovacieho vzduchu a zmesi východiskových surovín.

Rozdelením „prípravy taveniny“ (roztavenej hmoty) na bežnú výrobu taveniny zo zmesi surovín v taviacej vani, a súbežnú výrobu taveniny z odpadu východiskového materiálu v prídavnej taviacej jednotke, z ktorej sú produkty v podobe taveniny a plynných spalín priamo vedené do taviacej vane, je po prvýkrát možné vykonávať zložité riadenie parametrov procesu pri bežnej výrobe taveniny oddelene od riadenia parametrov procesu tavenia recyklovateľného odpadu východiskového materiálu, ktoré je nemenej zložité. Riadenie sa tak optimalizuje. Kombinovanie hmotnostného prietoku taveniny a plynných spalín na výstupe z taviacej vane umožňuje optimálne recyklovanie tepelnej energie obsiahnutej v plynných spalinách, použitím výmenníkov tepla a bežného ďalšieho spracovania taveniny na výrobky z minerálnej vlny.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výroby minerálnej vlny použitím odpadovej minerálnej vlny ako recyklovaného východiskového materiálu, pri ktorom sa taví zmes východiskových surovín prostredníctvom energie uvoľňovanej spaľovaním privádzaného paliva s predhriatym spaľovacím vzduchom, čím sa vytvára tavenina východiskových surovín a plynné spaliny, a ďalej sa oddelene od tavenia východiskových surovín taví odpad z minerálnej vlny energiou uvoľňovanou spaľovaním privádzaného paliva s predhriatym spaľovacím vzduchom, čím sa vytvára tavenina odpadovej minerálnej vlny a plynné spaliny, a taveniny východiskových surovín a odpadovej minerálnej vlny sa spolu kombinujú a materiál taveninovej zmesi sa stenčuje na pretržité vlákna, ktoré sa ukladajú na vytváranie minerálnej vlny s náhodnou orientáciou, vyznačujúci sa tým, že plynné spaliny z tavenia odpadovej minerálnej vlny sa kombinujú s plynnými spalinami z tavenia zmesi východiskových surovín a výsledné kombinované plynné spaliny sa používajú na tepelne výmenné predhrievanie spaľovacieho vzduchu privádzaného na tavenie východiskových surovín, a časť predhriateho spaľovacieho vzduchu sa priamo privádza na tavenie východiskových surovín a druhá časť sa oddeľuje a poprvýkrát sa používa na predhrievanie spaľovacieho vzduchu na tavenie odpadovej minerálnej vlny tepelnou výmenou s týmto spaľovacím vzduchom.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i sa t ý m , že oddeľovaný predhriaty spaľovací vzduch sa po tepelnej výmene so spaľovacím vzduchom na tavenie odpadovej minerálnej vlny vedie na tavenie východiskových surovín.
3. 3. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že odpadová minerálna vlna sa pred jej tavením trhá na častice menšie ako 2 mm.
4. 4. Zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, obsahujúce taviacu vaňu (1), napojenú na prívod (3) východiskových surovín (21), vybavenú výstupom (24) plynných spalín napojeným na rekuperátor (5), cez ktorý je v protiprúde pripojený prívod (8, 10) spaľovacieho vzduchu, a ďalej obsahuje prídavnú taviacu jednotku (4), ktorá sama je napojená na prívod (28) odpadovej minerálnej vlny, prívod (26) paliva a prívod (19) predhriateho spaľovacieho vzduchu, vyznačujúce sa tým, že prívod (8, 10) spaľovacieho vzduchu obsahuje prívodné vedenie (8) od rekuperátora (5) k taviacej vani (1), z ktorého odbočuje oddeľovacie vedenie (9) predhriateho spaľovacieho vzduchu, pripojené k primárnej strane výmenníka (7) tepla, ktorého sekundárna strana je tvorená vedením (18) spaľovacieho vzduchu, napojeným na prívod (19) predhriateho spaľovacieho vzduchu do prídavnej taviacej jednotky (4), a pričom výstup (30) plynných spalín z prídavnej taviacej jednotky (4) je napojený na priestor taviacej vane (1).

   SK 281854 Β6
5. 5. Zariadenie podľa nároku 4, vyznačujúce sa t ý m , že vedenie (18) sekundárnej strany výmenníka (7) tepla je napojené na zdroj spaľovacieho vzduchu cez kompresor (17).
6. 6. Zariadenie podľa nároku 4 alebo 5, vyznačujúce sa tým, že výstup primárnej strany výmenníka (7) tepla je spätne napojený v okruhu na vstupnú stranu rekuperátora (5).
7. 7. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 4 až 6, vyznačujúce sa tým, že prídavná taviaca jednotka (4) je vytvorená ako cyklónová jednotka.