(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21 ) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl7: C10B 53/02 C10B 49/00 Sposób i urządzenie do zgazowania drewna (43) Zgłoszenie ogłoszono: (73) U praw niony z patentu: BUP 03/98 Dudyński Marek, Nadma Jaworówka, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (72) T w órca w ynalazku: WUP 11/00 Marek Dudyński, Nadma Jaworówka, PL (57) 1. Sposób zgazowania drewna, polegający na redukcji i generacji gazów i spalaniu węgla drzewnego w zamkniętym cyklu procesu, znamienny tym, że mokre odpady drewna poddaje się dwustopniowemu procesowi karbonizacji w ciągłym cyklu spalania, w którym w pierwszym etapie drewno w temperaturze powyżej 500 C poddaje się karbonizacji z wydzieleniem gazów, tlenku węgla, dwutlenku węgla, pary wodnej, kwasów i aldehydów octowych, oraz substancji smolistych, które to substancje w wysokiej temperaturze rozkładają się odpowiednio na tlenek węgla, dwutlenek węgla i parę wodną uzyskując złoże węgla drzewnego o składzie przynajmniej C26 H18 O2, natomiast w drugim etapie utworzone złoże węgla drzewnego dopala się w temperaturze do 1050 C działając równocześnie silnym strumieniem powietrza, wytworzone pary przechodząc w wyższej warstwie węgla ulegają redukcji dwutlenku węgla i tlenków azotu w obecności węgla do tlenku węgla i azotu, przy czym w czasie podwy ższania temperatury powyżej 820 C para wodna powstała ze spalania wodoru rozkłada się na wodór i tlen, który wchodzi w reakcję z węglem na tlenek węgla, natomiast na skutek redukcji dwutlenku węgla i rokładu pary wodnej doprowadza się do zwiększenia warstwy złoża węgla oraz gazu palnego. Fig. 1

2 Sposób i urządzenie do zgazowania drewna Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób zgazowania drewna, polegający na redukcji i generacji gazów i spalaniu węgla drzewnego w zamkniętym cyklu procesu, znamienny tym, że mokre odpady drewna poddaje się dwustopniowemu procesowi karbonizacji w ciągłym cyklu spalania, w którym w pierwszym etapie drewno w temperaturze powyżej 500 C poddaje się karbonizacji z wydzieleniem gazów, tlenku węgla, dwutlenku węgla, pary wodnej, kwasów i aldehydów octowych, oraz substancji smolistych, które to substancje w wysokiej temperaturze rozkładają się odpowiednio na tlenek węgla, dwutlenek węgla i parę wodną uzyskując złoże węgla drzewnego o składzie przynajmniej C26 H 1 8 O2, natomiast w drugim etapie utworzone złoże węgla drzewnego dopala się w temperaturze do 1050 C działając równocześnie silnym strumieniem powietrza, wytworzone pary przechodząc w wyższej warstwie węgla ulegają redukcji dwutlenku węgla i tlenków azotu w obecności węgla do tlenku węgla i azotu, przy czym w czasie podwyższania temperatury powyżej 820 C para wodna powstała ze spalania wodoru rozkłada się na wodór i tlen, który wchodzi w reakcję z węglem na tlenek węgla, natomiast na skutek redukcji dwutlenku węgla i rozkładu pary wodnej doprowadza się do zwiększenia warstwy złoża węgla oraz gazu palnego. 2. Urządzenie do zgazowania drewna wyposażone w prostopadłościenną komorę spalania drewna zaopatrzoną w zespoły podawania drewna i odprowadzania odpadu spalania, z którą to komorą współdziała zespół transportowo-załadowczy i zespół wysypowy, oraz zawierające instalację odprowadzającą gaz energetyczny i doprowadzającą powietrze, znamienne tym, że posiada umieszczoną na ramie nośnej prostopadłościenną komorę zgazowania (1), której ściany są utworzone z warstwy ognioodpornej (3) i warstwy izolacyjnej (4) oraz płaszcza zewnętrznego (2), a od góry komora (1) zamknięta jest stropem (5) w którym znajduje się śluza dozująca (7), zaś u dołu komór (1) znajduje się zsyp opadowy (8) utworzony z płaszcza wewnętrznego (9) i płaszcza zewnętrznego (10) pomiędzy którymi utworzona jest przestrzeń, w której umieszczone są przegrody (11) do kierowania przepływem doprowadzonego powietrza do chłodzenia zsypu natomiast w płaszczu wewnętrznym (9) zsypu (8) osadzone są dysze dozujące powietrze do komory (1). 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że zsyp (8) zaopatrzony jest w sterowany transporter ślimakowy (14) współdziałający z osadnikiem wodnym (13) zaopatrzony w transporter łańcuchowy (15) z wygarniaczem (16). 4. Urządzenie według zastrz. 2, znam ienne tym, że do komory (1) dołączony jest kolektor (17) układu rurowego przepływu gazu. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do zgazowania drewna na drodze spalania. Znane są dotychczas rozwiązania pieców do wytwarzania gazu palnego z paliwa stałego przez redukcyjne jego spalanie. Powszechnie stosuje się czadnice, w których przez warstwy rozżarzonego paliwa np. węgla kamiennego przepuszcza się powietrze uzyskując gaz palny. Również znane są czadnice, w których paliwo stanowią odpady drewna. Piec taki ma komorę grzejną, zwykle o kształcie prostopadłościennym, w której umieszcza się surowiec drzewny. Przygotowany odpowiednio surowiec drzewny następnie ogrzewa się do temperatury 950 C. Znane rozwiązania wymagają stosowania pełnowartościowego paliwa typu węgiel lub innego wcześniej przygotowanego zgodnie z wymogami technologicznymi i konstrukcyjnymi. Ponadto paliwa stosowane w piecach są dostarczane ze znacznych odległości i magazynowane w miejscu bezpośredniego zużywania.

3 Sposób zgodnie z wynalazkiem polega na tym, że mokre odpady drewna poddaje się dwustopniowemu procesowi karbonizacji w ciągłym cyklu spalania. W pierwszym etapie drewno w temperaturze powyżej 500 C poddaje się karbonizacji z wydzielaniem gazów, tlenku węgla, dwutlenku węgla, pary wodnej kwasów i aldehydów octowych oraz substancji smolistych. Substancje te w wysokiej temperaturze podlegają rozkładowi odpowiednio na tlenek węgla, dwutlenek węgla i parę wodną, tworząc złoże węgla drzewnego o składzie przynajmniej C26 H 18 O2. W drugim etapie utworzone złoże węgla drzewnego dopala się w temperaturze do 1050 C w silnym strumieniu powietrza. Znajdująca się powyżej warstwa węgla drzewnego powoduje redukcję dwutlenku węgla w obecności węgla. W czasie podwyższania temperatury powyżej 820 C parę wodną powstałą ze spalania wodoru rozkłada się na wodór i tlen, który wchodzi w reakcję z węglem tworząc tlenek i dwutlenek węgla. Na skutek redukcji dwutlenku węgla i rozkładu pary wodnej doprowadza się do zwiększenia warstwy złoża węgla oraz gazu palnego. Zgodnie z wynalazkiem urządzenie do zgazowania drewna posiada prostopadłościenną komorę zgazowania, której ściany są utworzone z warstwy ognioodpornej i warstwy izolacyjnej oraz płaszcza zewnętrznego umieszczonych na ramie nośnej. Od góry komora spalania zamknięta jest stropem w którym znajduje się śluza dozująca. Poniżej komory spalania znajduje się zsyp opadowy utworzony z płaszcza wewnętrznego i płaszcza zewnętrznego pomiędzy którymi, utworzona jest przestrzeń, w której są umieszczone przegrody do kierowania przepływem doprowadzanego powietrza do chłodzenia zsypu. W płaszczu zewnętrznym zsypu osadzone są dysze dozujące powietrza do komory. Z komorą spalania współdziałają: zespół transportowo-załadowczy, zespół wysypowy oraz układ instalacji nadmuchu powietrza i układ przepływu gazu. Zsyp opadowy zaopatrzony jest w sterowany transporter ślimakowy współdziałający z osadnikiem wodnym zaopatrzonym w transporter łańcuchowy z wygarniaczem. Komora spalania zaopatrzona jest w sterowane automatycznie, podwójne regulatory doprowadzania i odprowadzania gazów. Do komory spalania dołączony jest kolektor układu rurowego przepływającego gazu. Rozwiązanie według wynalazku umożliwia bez stosowania kosztownych instalacji oczyszczających w porównaniu ze znanymi dotychczas piecami czadnicowymi uzyskać wyeliminowanie emisji zanieczyszczeń kominowych. Analiza spalin w procesie według wynalazku wykazuje obecność dwutlenku węgla (CO2), azotu (N2) i pary wodnej oraz ułamka procenta tlenku węgla (CO). Wynalazek znajduje wiele zastosowań w przemyśle gdzie surowiec drzewny jako odpad jest pozyskiwany bezpośrednio w zakładzie. Oczywistym jest, że warunki pozyskiwania surowca drzewnego eliminują koszty transportu, zakupu surowca oraz składowania. Rozwiązanie według wynalazku zapewnia jako produkt uboczny wytwarzanie węgla drzewnego co eliminuje problemy związane z żużlem a powstałe popioły stanowią minimalny ułamek procenta masy zasypywanego surowca. Sposób według wynalazku umożliwia stosowanie instalacji wykorzystania procesu dzięki którym uzyskuje się korzyści energetyczne przez poprawienie sprawności cieplnej procesu, korzyści ekonomiczne przez rezygnację z paliw typu węgiel, gaz, korzyści ekologiczne polegające na czystości procesu spalania. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje urządzenie do zgazowania drewna w przekroju, fig. 2 przedstawia fragment urządzenia w przekroju przez śluzę fig. 3 pokazuje fragment urządzenia w przekroju przez zsyp opadowy, fig. 4 pokazuje układ instalacji odprowadzania gazu z komory spalania w schemacie blokowym. Urządzenie w przykładowym wykonaniu jest dostosowane do zgazowania 2 0 t na dobę surowca, co zapewnia wydajność około 3,01 pary na godzinę. Temperatura gazów palnych uzyskiwanych w procesie zgazowania wynosi 600 C. Instalację doprowadzającą gaz do komór spalania stanowi układ rurociągu podwójnych rur współosiowych. Układ ten umożliwia ogrzewanie powietrza doprowadzanego do palników w komorach spalania. Urządzenie jest zaopatrzone w zespół zasypowy do zasilania cyklicznego odpadami drewna. Komora spalania zawiera

4 śluzę zasypową, której konstrukcja zapewnia równomierny zasyp na całej powierzchni komory oraz zabezpiecza komorę przed niekontrolowanym napływem powietrza. Urządzenie wyposażone jest w mechaniczny zespół odbioru odpadów zabezpieczający szczelność komory. Komora jest zaopatrzona w automatyczny układ sterowania pracą w cyklach załadowczych. W przypadku przekroczenia parametrów w komorze są uruchamiane odpowiednie blokady zatrzymujące proces zgazowywania. Na podstawie przyjętych wielkości zgazowania surowca w ciągu doby pojemność komory spalania wynosi 10 m3 a powierzchnie swobodne komory spalania wynoszą: powierzchnia wylotu gazów równa jest 0,075 m2, powierzchnia powrotu spalin równa jest 0,013 m2, powierzchnia nadmuch równa jest 0,010 m2, powierzchnia wlotu odpadów równa jest 0,161 m2 a powierzchnia klapy przeciwwybuchowej rów na jest 0,375 m2. Całkowita powierzchnia swobodna rozładowania ewentualnego wybuchu równa jest 0,634 m2. Wielkości powierzchni spełniają wymagane warunki bezpieczeństwa wynikające z założeń technologicznych i konstrukcyjnych. Urządzenie posiada prostopadłościenną komorę zgazowania 1, której warstwa ogniotrwała 3 ściany wykonana jest z cegły szamotowej oraz cegły piankowej termolitowej odizolowanej warstwą izolacyjną 4 z wełny mineralnej. Ściana zabudowana jest na ramie nośnej 6 wykonanej z kształtowników stalowych. Ściany pokryte są zewnętrznym płaszczem 2. Konstrukcja ramy nośnej 6 jest przystosowana do chłodzenia powietrzem. Wloty powietrza i wyloty gazów wykonane są z segmentów żaroodpornych. Komora zgazowania 1 wyposażona jest w drzwi uchylne umożliwiające wejście do wnętrza komory w celu zainicjowania procesu zgazowywania i innych. Komora posiada kanały powrotu kondensatu gazów i gniazda termopar (nie pokazane na rysunku). W stropie 5 zamykającym od góry komorę spalania 1 znajduje się śluza dozująca 7 do magazynowania i dozowania surowca drzewnego dostarczanego do zgazowania. Śluza 7 zawiera układ podwójny regulatorów w postaci klap połączonych z siłownikami pneumatycznymi, do regulacji ilości powietrza dopływającego do komory 1 i eliminowania wydobywania się gazy z komory 1. Regulatory zaopatrzone są w układ instalacji sprężonego powietrza i zespoły filtracji, dławienia i rozdziału, umożliwiające współpracę śluzy w cyklu automatycznym. Urządzenie wyposażone jest w umieszczony na zewnątrz komory zespół transportowozaładowczy 12, który składa się z wciągarki łańcuchowej, wieży z prowadnicami wózka z kontenerem do zaopatrywania śluzy dozującej 7 w surowiec. U dołu komory zgazowania 1 znajduje się zsyp opadowy 8 utworzony z podwójnego płaszcza wykonanego z blachy żaroodpornej. Pomiędzy płaszczem zewnętrznym 10 i płaszczem wewnętrznym 9 znajdują się przegrody 11. Przestrzenie pomiędzy przegrodami powodują spiralny przepływ powietrza po konstrukcji zsypu, co zapewnia dużą skuteczność chłodzenia całej powierzchni płaszczy. Płaszcz wewnętrzny 9, zawiera układ dysz do dozowania powietrza do wnętrza komory 1. Zespół wysypowy zawiera wygarniacz 16 w postaci rynny wypełnionej wodą, w której na łańcuchach jest zawieszony element wygarniający odpady zsypujące się do wypełniającej rynnę wody. Woda poza funkcją gaszenia węgla drzewnego przeznaczona jest do uszczelniania zsypu. Do komory zgazowania 1 dołączony jest kolektor 17 rurociągu transportowego gazu powstającego w procesie zgazowania. Rurociąg stanowią dwie współosiowe rury, gazowa i osłonowa. Rura gazowa wykonana jest ze stali żaroodpornej. Urządzenie zawiera instalacje do doprowadzania powietrza do komory zgazowania, do chłodzenia zsypu z jednoczesnym podgrzaniem powietrza i do doprowadzania podgrzanego powietrza. Sposób zgazowania odpadów drewna polega na dwustopniowym procesie karbonizacji w ciągłym cyklu spalania mokrych odpadów. W pierwszym etapie drewno w temperaturze powyżej 500 C poddaje się karbonizacji z wydzieleniem gazów: tlenku węgla, dwutlenku węgla, pary wodnej, kwasów i aldehydów octowych, oraz substancji smolistych, które to substancje w wysokiej temperaturze rozkładają się odpowiednio na tlenek węgla, dwutlenek węgla i parę wodną uzyskują złoże węgla drzewnego o składzie przynajmniej C26 H 18 02, natomiast w drugim etapie utworzone złoże węgla drzewnego dopala się w temperaturze do 1050 C działając równocześnie silnym strumieniem powietrza,

5 wytworzone pary przechodząc w wyższej warstwie węgla ulegają redukcji dwutlenku węgla i tlenków azotu w obecności węgla do tlenku węgla i azotu przy czym w czasie podwyższania temperatury powyżej 820 C para wodna powstała ze spalania wodoru rozkłada się na wodór i tlen, który wchodzi w reakcję z węglem na tlenek węgla natomiast na skutek redukcji dwutlenku węgla i rozkładu pary wodnej doprowadza się do zwiększenia warstwy złoża węgla oraz gazu palnego. Zastosowanie rozwiązania w przykładowym wykonaniu w warunkach kotła parowego uzyskano średnią emisję pyłu równą 0,024 g/s, dwutlenku siarki równą 0,00 g/s, dwutlenku azotu równą 0,144 g/s tlenku węgla równą 0,063 g/s.

6

7 Fig. 2

8 Fig. 3

9

10 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.