PL169665B1 - Sposób neutralizacji odpadów przemysłowych i/lub komunalnych i urządzeniedo neurraiizacji odpadów przemysłovyych i/lub komunalnych - Google Patents

Abstract

Sposób prowadzenia procesu neutralizacji odpadów przemysłowych i/lub komunalnych, polegający na ich spalaniu, znamienny tym, że zapłon neutralizowanego odpadu i spalaniejego stałej substancji organicznej, w tym stałej pozostałości po jej skoksowaniu, prowadzi się współprądowo w strumieniu gorących gazów spalinowych, a powstałe w trakcie tego spalania lotne produkty pirolizy substancji organicznej i produkty ich karburyzacji poddaje się wirowemu dopalaniu poprzez ich zawirowanie i połączenie z dodatkowym strumieniem gorących gazów dopalają­ cych z wykorzystaniem wiru zstępującego o kierunku zawirowania przeciwnie skierowanym w stosunku do kierunku zawirowania gazów neutralizowanych.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia procesu neutralizacji odpadów przemysłowych i/lub komunalnych przez spalanie wraz z urządzeniem pracującym w układzie technologicznym stacji dla realizacji tego sposobu.

Sposób i urządzenie pracujące w układzie technologicznym stacji według wynalazku rozwiązują skutecznie zadanie techniczne całkowitego i zupełnego spalania każdego rodzaju odpadu przemysłowego i komunalnego lub ich mieszaniny o dowolnym stosunku, pozbawiając stację neutralizacji wszelkich cech uciążliwości otoczenia.

Znane są sposoby spalania odpadów przemysłowych lub komunalnych oraz znane są rozwiązania techniczne pieców, w których proces spalania jest realizowany.

Z polskiego opisu patentowego nr 79 839 znany jest sposób spalania odpadów w dwuczłonowym piecu obrotowym, pochylonym zgodnie z kierunkiem przepływu spalin i transportu

169 665 materiału. Kąt nachylenia obu członów jest różny. Spaliny po przejściu przez urządzenie absorbujące są odprowadzane do atmosfery.

Według polskiego opisu patentowego nr 96 924 istotną cechę sposobu spalania stanowi dobór optymalnych warunków spalania wstępnie obrobionych odpadów, na podstawie godzinowej ilości przerobu odpadów, wartości opałowej i ilości potrzebnego do spalania powietrza.

Według polskiego opisu patentowego nr 101 876 istotną cechą sposobu spalania jest poddanie odpadów wstępnemu spaleniu, przy jednoczesnej obróbce mechanicznej w obrotowej komorze spalania oraz obróbce cieplnej i/lub chemicznej, zwłaszcza pirolizie, poprzez działanie promieniowania bezpośredniego co najmniej części spalin, które cyrkulują pod prąd. Piec obrotowy do realizowania tego sposobu posiada element cylindryczny z otworem do wprowadzania odpadów oraz element w kształcie stożka ściętego, którego zakończeniem jest element cylindryczny.

Według polskiego opisu patentowego nr 126 275 sposób niszczenia organicznych odpadów toksycznych polega na tym, że gazowe produkty opuszczające komorę paleniskową pieca pierwszego, są zasysane poprzez ruszt pieca następnego i warstwę spalanego na nim paliwa stałego dojego komory paleniskowej, skąd dalej są kierowane do absorbera z substancjami wiążącymi produkty pirolizy odpadów. Wymuszenie podciśnienia w komorach paleniskowych pieców jest realizowane za pomocą dodatkowej instalacji ssącej.

Sposoby i rozwiązania techniczne opisane w wymienionych opisach patentowych posiadają ograniczony zakres zastosowania wynikający z przystosowania ich do spalania ściśle określonego rodzaju odpadu. Znaczącą wadą tych sposobów jest to, że nie identyfikują, a zatem nie rozwiązują zagadnienia wonności gazów procesowych, przez co stacje neutralizacji odpadów według nich pracujące są wysoce uciążliwe, a często i szkodliwe dla otoczenia.

Znane jest również urządzenie do neutralizacji odpadów zwłaszcza przemysłowych pracujące w układzie stacji neutralizacji odpadów firmy Integral Engineering Industriebedarf z Wiednia, którym jest odpowiednio pochylony piec obrotowy posiadający od strony końca wyżej położonego palnik zapłonowy o płomieniu współprądowym do kierunku przepływu gazów i do kierunku przemieszczania się spalanego odpadu. Natomiast od końca niżej położonego piec ten posiada drugi palnik o płomieniu przeciwprądowym do kierunku przepływających przez piec mediów procesowych. Rozwiązanie firmy Integral Engineering Industriebedarf identyfikuje problem wonności gazów procesowych i określa temperaturowy próg, którego przekroczenie powoduje zanik uciążliwego zapachu w otoczeniu stacji. Ten korzystny efekt uzyskuje się przez wykorzystanie energii przeciwprądowego płomienia podwyższającego temperaturę gazów procesowych do poziomu około 1050 K. Jednakże wadą tego rozwiązania jest niezadowalająca żywotność palnika, który pracuje w otoczeniu bardzo gorących gazów.

Ponadto w urządzeniach do neutralizacji odpadów pracujących w tego typu stacjach o podwyższonej wydajności, w których piec obrotowy posiada średnicę większą od 1,5 do 1,8 m system podgrzewania strumienia gazów procesowych przeciwprądowo skierowanym płomieniem palnika pomocniczego staje się mało efektywny. Wadą tego urządzenia jest również i to, że gdy spalony odpad wykazuje naturalną tendencję do tworzenia dużych ilości sadzy (guma, farby, lakiery i niektóre tworzywa sztuczne), czas przechodzenia tej sadzy przez strefę przeciwprądowego płomienia, jak i pozostałe warunki termo i hydrodynamiczne są niewystarczające dla jej całkowitego i zupełnego spalenia się. W efekcie, tak likwidacja wonności gazów, jak i zupełność spalania nie zostają osiągnięte. Będący skutkiem powyższego wzrost stopnia zanieczyszczenia gorącego gazu procesowego na wylocie z instalacji piecowej, wywołuje szybkie powstawanie narostów na powierzchni wymiennika ciepła (kotła-utylizatora), które obniżają skuteczność wykorzystania energii cieplnej wytworzonej w stacji.

Sposób prowadzenia procesu neutralizacji odpadów przemysłowych i/lub komunalnych przez spalanie według wynalazku polega na tym, że zapłon neutralizowanego odpadu i spalanie jego stałej substancji organicznej, w tym stałej substancji po jej skoksowaniu, prowadzi się współprądowo w strumieniu gorących gazów spalinowych. Gazowe i/lub lotne produkty spalania neutralizowanego odpadu zawierające składniki palne, którymi są zazwyczaj produkty niezupełnego spalania albo pirolitycznego rozkładu substancji organicznej i/lub produkty ich karburyzacji powstałe w obszarze współprądowego spalania poddaje się zawirowaniu i łączy się

169 665 je z dodatkowym strumieniem gorących gazów z wykorzystaniem wiru zstępującego o kierunku zawirowania przeciwnym do kierunku zawirowania gazów neutralizowanych. Współprądowy strumień gorących gazów spalinowych i/lub lotnych produktów przed zawirowaniem utrzymuje się w temperaturze co najmniej o 50 K wyższej, aniżeli temperatura kondensacji najmniej lotnego produktu pirolizy substancji organicznej ze spalonego odpadu. Cel ten osiąga się poprzez oddziaływanie na wielkość temperatury współprądowego strumienia gorących gazów spalinowych zasadniczo wydajnością palnika zapłonowego. Współprądowy strumień gorących gazów spalinowych unoszący zarówno gazy ze spalania paliwa pomocniczego, jak również gazy powstałe w wyniku spalania odpadów stałych i/lub płynnych pozapalnikowych, czy też lotne produkty pirolizy substancji organicznej, produkty ewentualnego niezupełnego spalenia jej skoksowanej pozostałości, a także sadzą będącą produktem karburyzacji lotnych produktów pirolizy poddaje się wirowemu dopalaniu poprzez zawirowanie tego strumienia i jednoczesne połączenie z przeciwnie skierowanym dodatkowym strumieniem zawirowanych, dopalających gorących gazów spalinowych. Uwarstwiony pod wpływem działania sił odśrodkowych strumień tych produktów gazowych o na przykład lewoskrętnym wirze zastępującym, jest w kierunku odśrodkowym penetrowany przez przeciwnie skierowany, prawoskrętny, również zstępujący wir płomienia dopalającego. Przeciwskrętny ruch obu strumieni gazów sprzyja ich bardzo szybkiemu i dokładnemu zmieszaniu się, w rezultacie czego zapewniony jest szybki i równomierny wzrost temperatury gazów powstających w procesie dopalania do poziomu zasadniczo 1080 K do 1500 K, przekraczającego próg wonności. Ruch ten zapewnia również szybkie i równomierne wprowadzenie do strumienia tych gazów tlenu, koniecznego dla dopalania produktów pirolizy i/lub karburyzacji substancji organicznej z odpadu spalanego w części stałej w procesie współprądowego spalania odpadów przemysłowych i/lub komunalnych. Zużywany w procesie dopalania tlen jest dostarczany w nadmiarowym powietrzu wtórnym dla podtrzymania wirowego płomienia dopalającego.

Urządzenie do neutralizacji odpadów przemysłowych i/lub komunalnych przez spalanie według wynalazku, posiada pionowo usytuowaną cyklonową komorę ogniową, która w sposób przepływowy jest połączona z komorą rozprężną, stanowiącą zakończenie niżej położonego końca współprądowego pieca obrotowego, w osi którego od strony końca wyżej położonego zainstalowany jest strumieniowy palnik zapłonowy. Połączenie przepływowe wykonane jest w taki sposób, aby przepływ gazów odbywał się ponad śluzą wyprowadzającą mineralną (w części zgranulowanej) pozostałość procesu współprądowego spalania odpadów w obszarze pieca obrotowego. Cyklonowa komora ogniowa posiada wirowy palnik dopalający o kącie rozwarcia strugi w przedziale 90° do 120° i umieszczony np. w pokrywie cyklonowej komory ogniowej tak, aby przy wykorzystaniu zakresu regulacji kąta rozwarcia osiągnąć efekt w postaci pokrycia przez płomień ze spalanego paliwa całego przekroju poprzecznego komory. Eksploatowanie palnika wirowego z takim kątem rozwarcia zawirowanej strugi płomienia pozwala na osiągnięcie przez ten płomień wewnętrznej powierzchni wymurówki cylindrycznej części cyklonowej komory ogniowej, ponad górną krawędzią kanału doprowadzającego produkty lotne z pieca obrotowego. Cyklonowa komora ogniowa posiada również króciec dla wyprowadzenia z niej bezwonnych i nie zawierających składników palnych gazów procesowych. Króciec ten jest umieszczony na stożkowej części cyklonowej komory ogniowej w kierunku pod górę tak, że wytrącone w niej ze strumienia gazów pyły i/lub popiół ze spalonego pyłu węglowego mogą swobodnie opaść i mogą być wyprowadzone przez króciec rozładowczy komory. Dopływ gazów z pieca obrotowego i powietrza wtórnego przez palnik wirowy są tak usytuowane względem siebie, aby nadać obu tym strumieniom wewnątrz cyklonowej komory ogniowej ruch wirowy zstępujący o skrętach przeciwnie skierowanych.

Przy realizacji procesu spalania odpadów przemysłowych i/lub komunalnych według wynalazku możliwe jest zastosowanie każdego rodzaju paliwa równoważącego bilans cieplny pracy urządzenia do neutralizacji tych odpadów, przy czym paliwo stałe musi występować w postaci pylistej. Szczególnie korzystny efekt ekonomiczny uzyska się w przypadku, gdy urządzenie do neutralizacji odpadów według wynalazku zostanie przystosowane do jednoczesnego gromadzenia i spalania odpadów przemysłowych i komunalnych, lub gdy zostanie ono zlokalizowane w pobliżu dużego składowiska odpadów komunalnych. W pierwszym wariancie w

169 665 charakterze paliwa równoważącego bilans cieplny urządzenia według wynalazku można wykorzystać odpadowe płynne i/lub dające się upłynnić węglowodory. W drugim wariancie paliwem dla urządzenia neutralizacji odpadów nowopozyskiwanych może być biogaz pozyskiwany w procesie hydrozgazowania starego wysypiska odpadów komunalnych. Ponadto energia cieplna wytwarzana w urządzeniu może być wykorzystana dla wytwarzania pary wodnej na potrzeby zgazowania odpadów w starym składowisku.

Zaletą sposobu prowadzenia procesu neutralizacji odpadów przemysłowych i/lub komunalnych oraz urządzenia do realizacji tego sposobu przez spalanie według wynalazku jest możliwość spalania każdego rodzaju odpadu stałego i ciekłego, jeżeli zostanie przygotowany właściwym mu sposobem do podania go do pieca obrotowego. Sposób przygotowania odpadu w znanym stanie techniki obejmować może wstępne zamrażanie, mieszanie odpadu płynnego ze stałym, schudzenie i/lub mieszanie odpadu z substancją mineralną dla podwyższenia gęstości lub umożliwiającą bieżące odnawianie powierzchni (co jest na przykład warunkiem koniecznym przy spalaniu odpadowych farb i lakierów) kontaktowej spalanego odpadu z czynnikiem utleniającym, a także każdy inny sposób ułatwiający przeprowadzenie odpadów przez urządzenie załadowcze do pieca obrotowego. Elementem uniwersalizującym proces spalania odpadów jest cyklonowa komora ogniowa, w której w szerokim zakresie można regulować drogę (czas) przepływu gazów i osiągnąć zupełne spalenie najtrudniej poddających się spaleniu skarburyzowanych produktów pirolizy substancji i związków organicznych zawartych w neutralizowanym gazie.

Szczególnym obszarem stosowania wynalazku są przedsiębiorstwa przemysłowe, zwłaszcza przemysłu chemicznego, oczyszczalnie ścieków i przedsiębiorstwa gospodarki komunalnej, które wytwarzają, względnie pozyskują jako produkt uboczny lub podstawowy swoich procesów, albo gromadzą na wyznaczonych obszarach odpady zawierające w dowolnej ilości substancję organiczną, którą poddaje się spaleniu.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat technologiczny przykładowego wykonania układu technologicznego prowadzenia procesu spalania odpadów przemysłowych i/lub komunalnych sposobem według wynalazku, natomiast fig. 2 przedstawia fragment schematu technologicznego z niżej położonym końcem pieca obrotowego, komorą rozprężną tego pieca oraz podłączonym do nich przepływowo urządzeniem do neutralizacji odpadów przemysłowych i/ lub komunalnych według wynalazku w widoku z kierunku A pokazanego na fig. 1.

Przygotowany odpowiednio znanymi sposobami i przeznaczony do spalania odpad przemysłowy i/lub komunalny po doprowadzeniu do króćca załadowczego 1 spada na zsuwnię 2 umieszczoną w głowicy 3 z odpowiednimi otworami 4 dla poboru powietrza i jest wprowadzony do znanego współprądowego pieca obrotowego 5 odpowiednio pochylonego i obracającego się z regulowaną prędkością w zależności od potrzeb. Po wstępnym podgrzaniu się od płomienia z palnika 6 następuje zapłon odpadu. Gdy wartość opałowa spalanych odpadów jest dostatecznie wysoka, proces spalania przebiega samoczynnie. Palnik 6 pracuje z minimalną wydajnością, dostarczając energię jedynie w ilości koniecznej do wywołania zapłonu spalanych odpadów. Przy niskiej i bardzo niskiej wartości opałowej spalanych odpadów, palnik 6 dostarczyć musi energię w ilości koniecznej dla wywołania zapłonu odpadów, a także dla podtrzymania procesu spalania, aż do całkowitego wypalenia się składnika organicznego w spalanym odpadzie. W tym przypadku przy realizacji procesu spalania odpadów sposobem według wynalazku wydajność palnika 6 jest tak ustalona, aby oprócz funkcji wymienionych wcześniej osiągnięta została dodatkowo i utrzymana temperatura produktów lotnych na wlocie do cyklonowej komory ogniowej 7 na poziomie co najmniej o 50 K wyższej od temperatury kondensacji najmniej lotnego produktu pirolizy substancji organicznej ze spalanego odpadu. Strumień gazów ze spalania paliwa pomocniczego, a także powstających w wyniku spalania odpadów stałych i/lub płynnych pozapalnikowych, unosi lotne produkty pirolizy substancji organicznej, produkty ewentualnego niezupełnego spalenia jej skoksowanej pozostałości, a także sadzę będącą produktem karburyzacji lotnych produktów pirolizy, a głównie będącą produktem termicznego rozkładu i/lub spalania związków organicznych wchodzących w skład farb, lakierów, gumy i niektórych tworzyw sztucznych. Produkty te są dostarczane poprzez komorę rozprężną 8 i kanał 9 do cyklonowej komory ogniowej 7.

169 665

W cyklonowej komorze ogniowej 7 według wynalazku strumień gazów uwarstwiony na ścianie w wirze zstępującym poddany zostaje intensywnej penetracji znajdującego się w przeciwskrętnym wirze płomienia powstałego ze spalania paliwa doprowadzonego przez palnik wirowy 10. Paliwo i ewentualnie konieczne powietrze pierwotne do spalania dopływa do palnika 10 poprzez króciec 11, a powietrze wtórne poprzez króciec 12. Powietrze wtórne dostarczone poprzez palnik wirowy 10 swoją ilością zabezpiecza ilość tlenu konieczną dla zupełnego spalenia tak paliwa dostarczonego przez palnik 10, jak i dla dopalenia składników palnych wnoszonych do cyklonowej komory ogniowej 7 przez strumień gazów z pieca obrotowego 5. Wysoka temperatura podtrzymywana w cyklonowej komorze ogniowej 7 przez palnik 10 zasadniczo w przedziale temperatur od 1080 K do 1500 K, będąca rezultatem przeciwskrętności wirowych strumieni nośnika tlenu i składników palnych, dokładne wymieszanie mediów procesowych oraz wydłużony czas (droga) przebywania dopalanych składników w strefie ogniowej, na który można także wpływać doborem odpowiedniej wysokości cyklonowej komory ogniowej 7 powodują, że na wylocie z cyklonowej komory ogniowej 7 poprzez króciec 13 występują gazy nie zawierające składników palnych i bezwonne. Pozbawiona składników palnych mineralna pozostałość procesu w części zgranulowanej, opuszcza piec obrotowy 5 poprzez komorę rozprężną 8 i króciec 14, a w części pylistej, po wytrąceniu ze strumienia gazów w cyklonowej komorze ogniowej 7, jest wyprowadzana z instalacji poprzez króciec rozładowczy 15.

Zasadę przeciwskrętności wirów zstępujących w cyklonowej komorze ogniowej 7 objaśniają strzałki kierunkowe pokazane na rysunku fig. 1 i fig. 2.

Przykład I. W przykładzie zrealizowania sposobu neutralizacji odpadów przemysłowych i/lub komunalnych według wynalazku zastosowano instalację doświadczalną, zgodną ze schematem pokazanym na rysunku. Odpadem do neutralizacji były substancje odpadowe przemysłu farb i lakierów w proporcji ich ilościowego pozyskiwania, to jest: 62% odpadów ciekłych, 8% odpadów mazistych, 30% odpadów stałych.

Wartość opałowa poszczególnych substancji odpadowych wynosiła odpowiednio:

39,0 MJ/kg średnio dla odpadu ciekłego,

24,0 do 32,0 MJ/kg dla odpadów mazistych,

8.0 do 13,0 MJ/kg dla odpadów stałych.

Odpady ciekłe o niskiej lepkości skierowano na palnik, a o lepkości podwyższonej skierowano na wirowy palnik dopalający. Odpady maziste mieszane w odpowiednim stosunku z gruboziarnistą substancją mineralną i zarazem z odpadami stałymi, wprowadzono do pieca obrotowego. Proces spalania w piecu obrotowym prowadzono w temperaturze około 1600 K, przy współczynniku nadmiaru powietrza powyżej 1,25 i obciążeniu cieplnym w strefie płomienia wynoszącym powyżej 2,4 x 106 KJ/m³h. W trakcie prowadzenia procesu spalania odpadów, ograniczono do minimum karburyzację produktów pirolizy części mazistej i stałej spalanych odpadów. Pomimo temperatury gazów na wylocie z pieca obrotowego przekraczającej 1070 K, produkty karburyzacji były obecne w gazach dopływających do cyklonowej komory ogniowej, w której jednakże w warunkach podobnych jak w piecu obrotowym, zostały całkowicie dopalone.

Przykład Π.Nadmiar ciepła w piecu obrotowym przy spalaniu odpadu przemysłowego pozwolił wprowadzić do niego w stosunku wagowym jak 1,5 :1, typowy odpad komunalny ze zsypu w bloku mieszkalnym. Odpad ten zawierał papier, szmaty, plastykowe opakowania i typowe odpadki kuchenne. Temperatura gazów z pieca obrotowego obniżyła się do około 660 K. Przy wyłączonym palniku wirowym na ścianach cyklonowej komory ogniowej pojawił się mazisty narost z sadzy i z substancji organicznej. Gazy nie były czyste i miały przykry zapach. Po uruchomieniu palnika wirowego i osiągnięciu w cyklonowej komorze ogniowej temperatury procesu na poziomie 1470 K, spalanie stało się całkowite i zupełne. Stwierdzono, że gazy po opuszczeniu cyklonowej komory ogniowej zawierają pewną ilość SO3, NxOy oraz związki chloru. Żaden z tych składników nie wystąpił jednak w stężeniu wymagającym odpowiedniego oczyszczania gazu przed wyrzutem do atmosfery. Opuszczająca piec obrotowy stała, wypalona substancja mineralna zawierała BaCb pochodzący z mineralnego składnika farb i lakierów, co narzuca pewne warunki dla jej składowania.

169 665

169 665

Fig. 2.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób prowadzenia procesu neutralizacji odpadów przemysłowych i/lub komunalnych, polegający na ich spalaniu, znamienny tym, że zapłon neutralizowanego odpadu i spalanie jego stałej substancji organicznej, w tym stałej pozostałości po jej skoksowaniu, prowadzi się współprądowo w strumieniu gorących gazów spalinowych, a powstałe w trakcie tego spalania lotne produkty pirolizy substancji organicznej i produkty ich karburyzacji poddaje się wirowemu dopalaniu poprzez ich zawirowanie i połączenie z dodatkowym strumieniem gorących gazów dopalających z wykorzystaniem wiru zstępującego o kierunku zawirowania przeciwnie skierowanym w stosunku do kierunku zawirowania gazów neutralizowanych.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że współprądowy strumień gorących gazów spalinowych i/lub lotnych produktów pirolizy substancji organicznej przed zawirowaniem utrzymuje się w temperaturze co najmniej o 50 K wyższej, aniżeli temperatura kondensacji najmniej lotnego produktu pirolizy substancji organicznej ze spalanego odpadu.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperaturę wirowego dopalania utrzymuje się na poziomie 1080 K do 1500 K.

4. Urządzenie do neutralizacji odpadów przemysłowych i/lub komunalnych przez spalanie, zawierające zestawy urządzeń dla odpowiedniego przygotowania odpadów i dla wyprowadzenia stałej pozostałości po spaleniu oraz zawierające zestawy urządzeń dla utylizacji ciepła jawnego gazów, jak również zestawy urządzeń dla oczyszczania tych gazów ze składników szkodliwych dla środowiska, wyposażone we współprądowy piec obrotowy z osiowo strumieniowym palnikiem zapłonowym wprowadzonym od strony końca pieca wyżej położonego, znamienne tym, że posiada cyklonową komorę ogniową (7) z wirowym palnikiem dopalającym (10) umieszczonym centralnie w jej górnej pokrywie, która jest przepływowo połączona z piecem obrotowym (5) poprzez komorę rozprężną (8) z króćcem (14), przy czym struga płomienia z palnika wirowego (10) posiada kąt rozwarcia 90° do 120°, a sam płomień utrzymuje się w takim rozwarciu, aby osiągnął wewnętrzną powierzchnię cylindrycznej części cyklonowej komory ogniowej (7) ponad poziomem wyznaczonym przez górną krawędź kanału doprowadzającego do niej produkty lotne z pieca obrotowego (5), natomiast kanał wylotowy gazów (13) jest umieszczony na ścianie cyklonowej komory ogniowej (7) tworzącej dolną, stożkową część tej komory, a ponadto komora ta posiada króciec rozładowczy (15).