CZ30970U1 - Zařízení pro využití organického materiálu a odpadního tepla - Google Patents
Zařízení pro využití organického materiálu a odpadního tepla Download PDFInfo
- Publication number
- CZ30970U1 CZ30970U1 CZ2017-33725U CZ201733725U CZ30970U1 CZ 30970 U1 CZ30970 U1 CZ 30970U1 CZ 201733725 U CZ201733725 U CZ 201733725U CZ 30970 U1 CZ30970 U1 CZ 30970U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- pyrolysis
- gas
- retort
- combustion chamber
- combustion
- Prior art date
Links
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims description 10
- 239000011368 organic material Substances 0.000 title claims description 5
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 44
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 33
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 31
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 18
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000002361 compost Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000000598 endocrine disruptor Substances 0.000 description 1
- 231100000049 endocrine disruptor Toxicity 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 230000003054 hormonal effect Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000001863 plant nutrition Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
Description
Oblast techniky
Technické řešení se týká zařízení pro využití organického materiálu a odpadního tepla, zejména v bioplynových stanicích, čistírnách odpadních vod a odplyňovaných skládkách komunálního odpadu.
Dosavadní stav techniky
V bioplynových stanicích, čistírnách odpadních vod a odplyňovaných skládkách komunálního odpadu se využívá vyvíjený bioplyn k pohonu stacionárních spalovacích plynových motorů nebo turbín, k nimž jsou připojeny generátory elektrické energie. Uvedené typické instalace spalují bioplyn z anaerobní fermentace biomasy, případně metan vyvíjený přirozenými procesy v tělech skládek odpadů. V těchto instalacích nebývá možnost využít veškerou tepelnou energii, která při provozu spalovacích motorů nebo turbín vzniká. Teplo se využívá typicky na ohřev fermentačních nádrží, případně pro vytápění objektů v těsné blízkosti. Potřeba tepla pro vytápění je ale omezena podle klimatických podmínek maximálně na jednu třetinu kalendářního roku. Navíc zpravidla pro ohřev postačuje teplená energie z chlazení bloku motoru. Teplená energie spalin, tedy výfukových plynů, je ve velké většině pouze mařena nuceným chlazením.
Tato skutečnost představuje významné mrhání primární energií z obnovitelných zdrojů. Například bioplynové stanice v České republice mají celkový instalovaný elektrický výkon 358 MW. Vyrábějí z bioplynu elektrickou energii, která je dotována formou provozní podpory. Pro zajištění výroby tohoto množství elektrické energie je ale jejich energetická spotřeba téměř 950 MW primární energie. To znamená, že při nominálním výkonu vyprodukují a spotřebují bioplynové stanice v České republice každou hodinu 950 MWh obnovitelné energie z bioplynu. Z toho však asi dvě třetiny zmaří nuceným chlazením.
Dalším potenciálním zdrojem energie je organický odpad, který zůstane po anaerobním procesu probíhajícím v uvedených instalacích. Využití této biomasy k produkci biouhlí řeší např. dokument CZ 29122 U. V něm popsané zařízení je tvořeno zplyňovací retortou zevně ohřívanou spalinami ze spalování dřevoplynu vyvíjeného v retortě. Toto zařízení má na výstupu zuhelnatělý zbytek biomasy biouhlí a zbytkové teplo ve spalinách využité např. k sušení biomasy. Uvedené zařízení produkuje biouhlí s využitím tepelné energie obsažené v odpadu, ponechává však nevyužit další potenciální zdroj energie nacházející se na místě, a to teplo ve spalinách motorů spalujících bioplyn. Tím je omezena kapacita zařízení a možnost jeho kontinuálního provozu.
Technické řešení si klade za úkol navrhnout zařízení, které by komplexně a kontinuálně využívalo k produkci biouhlí odpadní materiál a odpadní teplo kumulované typicky v provozech bioplynových stanic, čistíren odpadních vod a komunálních skládek, tedy v zařízeních, určených zejména k anaerobní fermentaci s produkcí a energetickým využitím bioplynu.
Podstata technického řešení
Uvedený úkol řeší zařízení pro využití organického materiálu a odpadního tepla, jehož součástí je pyrolýzní retorta ohřívaná teplem ze spalování pyrolýzního plynu a spalovací komora, jehož podstata spočívá v tom, že pyrolýzní retorta, která má plášť uzpůsobený pro vedení topných spalin, je opatřena zařízením pro posun zpracovávaného materiálu a její výstup pyrolýzního plynuje propojen s hořákem ve spalovací komoře, do níž jsou zaústěny výfukové plyny kogenerační jednotky nebo plynové turbíny, přičemž směs výfukových plynů a spalin pyrolýzního plynu je ze spalovací komory vedena do pláště pyrolýzní retorty.
Přívod výfukových plynů do spalovací komory může být propojen přes ohřívák spalovacího vzduchu s pláštěm pyrolýzní retorty.
Plášť pyrolýzní retorty může být opatřen výstupem spalin propojeným k dalšímu využití odpadního tepla se sušičkou zpracovávaného materiálu.
- 1 CZ 30970 Ul
Objasnění výkresu
Technické řešení bude dále objasněno pomocí výkresu, na němž obr. 1 představuje schematický řez předmětným zařízením pro využití organického materiálu a odpadního tepla.
Příklady uskutečnění technického řešení
Zařízení podle obr. 1 je tvořeno pyrolýzm retortou i, spalovací komorou 2 a ohřívákem 3 spalovacího vzduchu. Retorta 1 má plášť 4 vytvářející prostor pro vedení spalin ohřívajících vnitřní prostor retorty L Uvnitř retorty 1 je zařízení 5 pro posuv zpracovávaného materiálu. Do vnitřního prostoru retorty i je na jednom konci přiváděn materiál z výsypky 6 a z něj na druhém konci vypadává biouhlí 7. Vnitřní prostor retorty 1 je plynovodem 8 propojen s hořákem 9 ve spalovací komoře 2. Do hořáku 9 je dále přes ohřívák 3 přiváděn ohřátý vzduch. Do spalovací komory 2 je zaústěn přívod 10 výfukových spalin z kogenerační jednotky nebo plynové turbíny. Na přívodu 10 se nachází trojcestný ventil H, který umožňuje přesměrovat část výfukových spalin přes ohřívák 3 vzduchu do pláště 4 pyrolýzm retorty i. Spalovací komoru 2 s pláštěm 4 retorty i propojuje spalinovod 12.
Při náběhu zařízení byly spaliny z plynového motoru na bioplynové stanici zavedeny do cyklónové spalovací komory 2 na spalování pyrolýzního plynu, napojené přes spalinovod 12 na plášť 4 pyrolýzní retorty i. Množství spalin bylo 2,900 m3 za hodinu, teplota 415 °C. Procházející spaliny postupně během 26 hodin prohřály prostor spalovací komory 2 na 415 °C a následně vnitřní prostor pyrolýzní retorty I na 361 °C. Při dosažení těchto teplot byl zahájen provoz kontinuálním dávkováním vysušeného separátu z digestátu. Bylo dávkováno 370 kg separátu za hodinu.
Pyrolýzní plyn se odtahoval do hořáku 9 spalovací komory 2, spaliny z pyrolýzního plynu se průběžně mísily se spalinami z plynového motoru. Směs spalin o teplotě 647 °C se odtahovala prostorem mezi pláštěm 4 a mezi vnitřním prostorem pyrolýzní retorty i. Ve vnitřním prostoru pyrolýzní retorty 1 byl průběžně posouván zařízením 5 pro posun vysušený separát po dobu patnácti minut. Výtěžnost zařízení po průchodu materiálu retortou i byla zjištěna 130 kg biouhlí za hodinu. Následnou laboratorní analýzou vzorku uhlíku bylo zjištěno, že uhlík v biouhlí má spalné teplo 28 MJ na kilogram a obsahuje 57 % fixního uhlíku.
Předkládané řešení nabízí způsob energetického zhodnocení odpadní teplené energie spalin plynových motorů nebo turbín pro výrobu uhlíku z odpadní a zbytkové biomasy, například digestátů nebo kompostů. Odpadní nebo zbytková biomasa se zpracovává procesem pyrolýzy s cílem
- redukce celkového objemu
- dokonalé hygienizace a zneškodnění všech potenciálně nevhodných nebo nebezpečných látek, které by mohly ohrozit životní prostředí
- zachování původního uhlíku z biomasy ve stabilní formě, nepodléhající oxidaci - výroby kvalitního stabilního uhlíku z biomasy, využitelného jako průmyslová surovina nebo pomocná půdní látka, doplňující půdní uhlík a zlepšující půdní vlastnosti.
Všechny popsané důvody a cíle mohou být aplikovány na různé typy biomasy nebo procesy, při nichž tyto odpady vznikají. Příkladem jsou kaly z čištění odpadních vod. Ty v posledních letech obsahují velké množství tzv. endokrinních disruptorů, tedy látek, pocházejících z léků a hormonálních přípravků. Současně jsou ale kaly zdrojem původních živin a stopových látek, vhodných pro hnojení a výživu rostlin. V České republice i dalších Evropských státech nyní platí výrazné omezení nebo zákaz aplikace kalů na zemědělskou půdu. Jediným způsobem, jak eliminovat rizika pro životní prostředí a současně zachovat a recyklovat potřebné látky pro výživu rostlin, je zpracování kalů nízkoteplotní pyrolýzou. Zbytkový pyrolýzní popel a uhlík obsahuje právě pouze tyto cenné látky a živiny. Rizikové látky se termickým procesem zcela eliminují.
Předkládané řešení tak ideálně kombinuje využití obnovitelné energie s recyklací původních látek a primárního uhlíku. Nadto lze pyrolýzu biomasy produkující pyrolýzní uhlík považovat za proces zachycování a ukládání atmosférického oxidu uhličitého. Uhlík byl zachycen procesem fotosyntézy v těle biomasy a po jejím odumření je procesem pyrolýzy fixován a uložen do půdy. Tak
-2CZ 30970 Ul se přírodní proces dokončí, podobně jako třeba přirozenými stepními požáry. Spaliny z plynového motoru nebo turbíny jsou využity jako sekundární zdroj teplené energie při nízkoteplotní pyrolýze biomasy. Pyrolýza je redukční termochemický proces, při kterém se zpracovávaná biomasa ohřívá nepřímo, tedy přes plášť primárního reakčního prostoru. Zdrojem teplené energie pro ohřev jsou spaliny ze spalování pyrolýzního plynu, který se při reakci uvolňuje.
Pro správný průběh procesu pyrolýzy, a zejména procesu hoření pyrolýzního plynu, jsou zásadní teploty v pracovních prostorech. Pyrolýzní plyn se typicky spaluje ve spalovací komoře, kam je přiváděn z prostoru, kde probíhá pyrolýza. Pro správné hoření je nutné předem vyhřát spalovací komoru na teplotu vyšší, než 400 °C.
Spaliny ze spalování pyrolýzního plynu mají při přebytku spalovacího vzduchu teplotu kolem 900 °C.
Pro energetické zhodnocení odpadního tepla spalin z plynových motorů nebo turbín se spaliny využívají v procesu pyrolýzy odpadní nebo zbytkové biomasy takto:
- v první fázi zahájení provozu zařízení pro pyrolýzu pro předehřátí technologických prvků, zejména prostoru spalovací komory a také reakčního prostoru tak, že jsou zavedeny do spalovací komory a následně procházejí trasou v plášti pyrolýzní retorty
- ve druhé fázi provozu zařízení pro pyrolýzu se využívají postupně
- pro ohřev spalovacího vzduchu, přiváděného do spalovací komory spolu s pyrolýzním plynem
- pro regulaci teploty spalin ze spalování pyrolýzního plynu tak, že se oboje spaliny mísí dohromady ve vhodném poměru
- pro zvýšení výkonu předsušení pyrolyzované biomasy.
Claims (3)
1. Zařízení pro využití organického materiálu a odpadního tepla, jehož součástí je pyrolýzní retorta (1) ohřívaná teplem ze spalování pyrolýzního plynu a spalovací komora (2), vyznačující se tím, že pyrolýzní retorta (1), která má plášť (4) uzpůsobený pro vedení topných spalin, je opatřena zařízením (5) pro posun zpracovávaného materiálu a její výstup pyrolýzního plynuje propojen s hořákem (9) ve spalovací komoře (2), do níž jsou zaústěny výfukové plyny kogenerační jednotky nebo plynové turbíny, přičemž směs výfukových plynů a spalin pyrolýzního plynuje ze spalovací komory (2) vedena do pláště (4) pyrolýzní retorty (1).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že přívod (10) výfukových plynů do spalovací komory (2) je propojen přes ohřívák (3) spalovacího vzduchu s pláštěm (4) pyrolýzní retorty (1).
3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že plášť (4) pyrolýzní retorty (1) je opatřen výstupem spalin propojeným k dalšímu využití odpadního tepla se sušičkou zpracovávaného materiálu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2017-33725U CZ30970U1 (cs) | 2017-05-24 | 2017-05-24 | Zařízení pro využití organického materiálu a odpadního tepla |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2017-33725U CZ30970U1 (cs) | 2017-05-24 | 2017-05-24 | Zařízení pro využití organického materiálu a odpadního tepla |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ30970U1 true CZ30970U1 (cs) | 2017-09-05 |
Family
ID=59772257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2017-33725U CZ30970U1 (cs) | 2017-05-24 | 2017-05-24 | Zařízení pro využití organického materiálu a odpadního tepla |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ30970U1 (cs) |
-
2017
- 2017-05-24 CZ CZ2017-33725U patent/CZ30970U1/cs active Protection Beyond IP Right Term
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lang et al. | Co-hydrothermal carbonization of corn stalk and swine manure: Combustion behavior of hydrochar by thermogravimetric analysis | |
| RU2014137447A (ru) | Автотермальное сушильное устройство, способ автотермальной усушки биомассы (варианты), способ увеличения экономической эффективности использования усушенной биомассы как топлива и способ производства пеллет из усушенной биомассы | |
| CN104028547A (zh) | 一种城市生活垃圾极度减量化和高度资源化处理过程和装备 | |
| JP2006297210A (ja) | 廃棄物複合処理施設 | |
| CN101003739A (zh) | 一种固体生物质内燃式低压热裂解气化方法及装置 | |
| WO2011001410A1 (en) | Torrefaction apparatus | |
| KR101152613B1 (ko) | 바이패스 라인이 구비된 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템 | |
| Marculescu | Comparative analysis on waste to energy conversion chains using thermal-chemical processes | |
| CN105371280B (zh) | 一种固废有机物质清洁焚烧的装置与方法 | |
| EP2855375B1 (en) | Plant for the treatment of sludge | |
| EA014169B1 (ru) | Устройство для энергетической утилизации твёрдых отходов | |
| CN202766491U (zh) | 垃圾干馏热解气化发电*** | |
| CN114075022A (zh) | 一种协同水泥窑热解处理污泥及有机废弃物的***和方法 | |
| KR102450826B1 (ko) | 히트스틱 제조 시스템에서 발생한 소각물을 소각한 폐열을 이용한 바이오차 제조 시스템 | |
| CN107109260B (zh) | 用于转化各种来源的工业废物为能量的设备、***和方法 | |
| KR101097443B1 (ko) | 가연성 폐기물의 에너지 연료화 방법 및 가연성 폐기물의 가스화 장치 | |
| CZ30970U1 (cs) | Zařízení pro využití organického materiálu a odpadního tepla | |
| KR20150119150A (ko) | 폐기 물질로부터 에너지를 발생시키기 위한 시스템 및 방법 | |
| EA036674B1 (ru) | Установка для получения биоугля и соответствующий способ | |
| AU2021202520A1 (en) | Valuable materials from solid organic waste (vmw) | |
| Šušteršič et al. | Pyrolysis and gasification in the process of sewage sludge treatment | |
| CN115398151A (zh) | 用于烃类和能量的清洁生产的立式连续多相反应器及进行的热化学方法 | |
| CN205119077U (zh) | 一种固废有机物质清洁焚烧的装置 | |
| KR101883548B1 (ko) | 유기성 폐기물의 선택적 감량화 장치 | |
| DE102019007853A1 (de) | Verfahren zur Wasserstoffgewinnung aus biogenen kohlenstoffhaltigen Reststoffen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20170905 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20210406 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20240522 |