Sposób termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych i układ do termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. B09B 3/00 ( ) F23G 5/027 ( ) C02F 11/10 ( ) (54) Sposób termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych i układ do termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 10/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/13 (73) Uprawniony z patentu: BODIM SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Ruda Śląska, PL (72) Twórca(y) wynalazku: TADEUSZ PURCZYŃSKI, Tychy, PL ŁUKASZ BAŁAJ, Tychy, PL RYSZARD NIKODEM, Tychy, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Piotr Malcherek PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych i układ do termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych, zwłaszcza odpadów i osadów pofermentacyjnych, odpadów z biogazowni i/lub uwodnionych odpadów organicznych, w szczególności o wilgoci do 80%. Znane są sposoby termicznej utylizacji odpadów organicznych, szczególnie pochodzenia zwierzęcego oraz uprzednio osuszonych odpadów stałych pochodzenia komunalnego. Sposoby te są oparte na bezpośrednim spalaniu odpadów w płomieniu podtrzymującym, współspalaniu z bardziej kalorycznym paliwem, przykładowo z olejem ciężkim, zgazowaniu masy i spalaniu produktów gazowych. Znane są ponadto, na przykład z polskiego zgłoszenia opisu patentowego o numerze publikacji PL P sposób i urządzenie do utylizacji stałych materiałów odpadowych w wyniku spalania. W tym rozwiązaniu stałe materiały odpadowe, takie jak zanieczyszczone biomasy i stałe odpady miejskie przetwarzane są na zsyntetyzowany gaz w wyniku gazyfikacji i wykorzystania zawartej w tych materiałach odpadowych energii. Materiał odpadowy jest gazyfikowany we współbieżnym gazogenie, przy czym z części materiału odpadowego, po jego spaleniu, ale przed gazyfikacją, oddziela się i usuwa żużel. Oczyszczanie żużlu zachodzi w wyniku całkowitego spalania, natomiast obrabiany materiał odpadowy po procesie gazyfikacji, w którym nie został całkowicie przetworzony na gaz CO, zostaje ponownie wprowadzony do obiegu przez zmieszanie go ze świeżym materiałem odpadowym. Sposób realizowany jest w urządzeniu złożonym z pionowego współbieżnego gazogenu z urządzenia do oddzielania i usuwania żużlu oraz z komory oczyszczającej, w której zachodzi oczyszczanie żużlu z zawartego w nim obrabianego materiału odpadowego, w wyniku kompletnego spalania oraz gromadzenie tego żużlu w zbiorniku magazynującym. Znany jest także, na przykład z polskiego opisu zgłoszeniowego o numerze publikacji PL P sposób termicznej utylizacji odpadów zwierzęcych i organicznych. Sposób ten obejmuje wstępny proces przygotowania wsadu z różnych odpadów zwierzęcych w tym ze zlikwidowanych zwierząt, z odpadów pierzastych oraz z odpadów ciekłych w postaci krwi zwierzęcej surowej. Wsad wstępnie przygotowany zawierający poniżej 30% płynnego tłuszczu i wilgoci ulega termicznej destrukcji przy stosowaniu ciśnienia od 3 do 5 bar i temperatur w zakresie C. W wyniku termicznej destrukcji wydziela się tłuszcz, który spalając się w komorach spalania zastępuje paliwa konwencjonalne. Wsad zawierający powyżej 30% płynnego tłuszczu i wilgoci z mieszalnika podaje się do obrotowej komory, w której wytwarza się gaz pirolityczny mieszany z oparami i spalany w komorze spalania. Pozostałości, po odgazowaniu wsadu w komorze, spala się w złożu fluidalnym komory spalania w temperaturach od 900 do 1500 C przy udziale powietrza z odciągu i powietrza atmosferycznego kierowanego poprzez wentylator. Gazy spalinowe z komór spalania kierowane są do wymienników ciepła, po czym są oczyszczane w odpylaczach oraz w katalizatorach. Dodatkowo znany jest, na przykład z polskiego opisu zgłoszenia patentowego o numerze publikacji PL P sposób termicznej utylizacji odpadów organicznych oraz urządzenie do termicznej utylizacji odpadów organicznych. Sposób ten polega na rozdrabnianiu, suszeniu i odgazowywaniu odpadów, zwłaszcza zwierzęcych w pochylonej komorze pieca obrotowego i spalaniu gazu pirolitycznego z nadmiarem powietrza w oddzielnej komorze. Odpady organiczne wprowadza się poniżej wylotu gazów pirolitycznych do komory wylotowej, do wygrzanej przestrzeni komory obrotowej opadającej ku wlotowi powietrza pierwotnego w komorze, rozdrabnia się je, suszy, odgazowuje i rozbija powstające zbrylenia, a powstały karbonizat przebywa w komorze przez ponad godzinę w warunkach niedoboru powietrza, po czym spala się go z nadmiarem powietrza w temperaturze powyżej 850 C w palenisku fluidalnym komory obrotowej. Powietrze do spalania karbonizatu dzieli się na dwie części i doprowadza się pierwszą z nich o ciśnieniu niższym do wnętrza komory pieca, a drugą o ciśnieniu wyższym doprowadza się do paleniska fluidalnego, gdzie karbonizat ulega całkowitemu spaleniu, a popiół odprowadza się na zewnątrz komory, przy czym pozostałe gazy pirolityczne spala się z nadmiarem powietrza w komorze wylotowej w temperaturze wyższej od 850 C, a powstałe spaliny odprowadza do kotła, gdzie ulegają szybkiemu schłodzeniu. Wynalazek dotyczy sposobu termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych, w którym dokonuje się suszenia odpadów i ich częściowego utlenienia i gazyfikacji w obrotowej komorze oraz spalania powstałych gazów w komorze dopalania, a po oczyszczeniu powstałych spalin kieruje się je do wylotu. Istota wynalazku polega na tym, że spaliny z komory dopalania kieruje się na dwa wymienniki ciepła usytuowane szeregowo jeden za drugim, przy czym suszenia odpadów doko-

3 PL B1 3 nuje się w obrotowej suszarce z wykorzystaniem ciepłego powietrza ogrzanego uprzednio w drugim wymienniku ciepła z wykorzystaniem ciepła spalin ze spalania odpadów. Ciepłe powietrze kieruje się do suszarki przy użyciu, wentylatora nadmuchowego połączonego z drugim wymiennikiem ciepła. Powietrze po wysuszeniu odpadów kieruje się do pierwszego wymiennika ciepła, gdzie podgrzewa się je również przy pomocy ciepła spalin powstałych ze spalanych odpadów, przy czym tak podgrzane powietrze kieruje się do obrotowej komory gazyfikacji i do komory dopalania. W korzystnym wykonaniu ciepłe powietrze kierowane jest w suszarce w kierunku przeciwnym do kierunku transportu odpadów. Kolejny wynalazek dotyczy układu urządzeń do termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych, który zawiera suszarkę odpadów, obrotową komorę gazyfikacji oraz komorę dopalania, a także instalację do oczyszczenia spalin. Istota tego wynalazku polega na tym, że układ zawiera dwa wymienniki ciepła usytuowane szeregowo jeden za drugim za komorą dopalania, przy czym drugi wymiennik ciepła połączony jest kanałem z suszarką, a suszarka połączona jest kanałem z pierwszym wymiennikiem ciepła. Pierwszy wymiennik ciepła połączony jest ponadto kanałami z obrotową komorą gazyfikacji i z komorą dopalania. Układ zawiera także wentylator nadmuchowy wymuszający ruch powietrza pomiędzy wymiennikami ciepła i pozostałymi urządzeniami, który to wentylator nadmuchowy połączony jest z drugim wymiennikiem ciepła. Sposób i układ do termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych wykorzystują zjawisko wymiany ciepła celem odzysku energii zużywanej do uprzedniego wysuszenia uwodnionych odpadów. Dzięki temu układ i sposób są energooszczędne przy zapewnieniu wysokiej skuteczności działania. Przeciwprądowe kierowanie powietrza w suszarce poprawia wydajność procesu suszenia. Sposób i układ do termicznej utylizacji według wynalazku zostały przedstawione w poniższym przykładzie wykonania i na załączonym rysunku, który schematycznie ilustruje realizację wynalazku w układzie blokowym. Sposób termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych, przykładowo odpadów i osadów pofermentacyjnych, odpadów z biogazowni i/lub uwodnionych odpadów organicznych może być realizowany w przykładowym zestawie urządzeń przedstawionym na rysunku. Układ taki zawiera: urządzenie podające 22, suszarkę 3, korzystnie w postaci suszarki obrotowej, urządzenie transportujące 14, komorę gazyfikacji 1, korzystnie w postaci komory obrotowej, komorę dopalania 2, dwa wymienniki ciepła 4 i 5 usytuowane szeregowo jeden za drugim i połączone kanałem 19 oraz w instalację oczyszczania spalin 10. Ponadto zespół wyposażony jest w kanał 12 łączący drugi wymiennik ciepła 5 z suszarką 3 oraz w wentylator nadmuchowy 8. Suszarka 3 połączona jest z pierwszym wymiennikiem ciepła 4 kanałem 13, przy czym pierwszy wymiennik ciepła 4 połączony jest także kanałem 15 z obrotową komorą gazyfikacji 1, w której usytuowany jest palnik pomocniczy 6 oraz urządzenie 23 do usuwania popiołu. Obrotowa komora gazyfikacji 1 połączona jest kanałem 17 z komorą dopalania 2, która ponadto jest połączona w obiegu kanałem 16 i kanałem 18 z pierwszym wymiennikiem ciepła 4. Komora dopalania 2 wyposażona jest w palnik 7. Z kolei drugi wymiennik ciepła 5 połączony jest kanałem 20 z instalacją oczyszczania spalin 10, na wyjściu, której usytuowany jest kanał 21 z wentylatorem 9. W sposobie według wynalazku w pierwszej kolejności następuje wstępny proces przygotowania odpadów biodegradowalnych w procesie suszenia. Odpady są doprowadzane urządzeniem podającym 22 do obrotowej suszarki 3. Energia niezbędna do odparowania wilgoci dostarczana jest wraz ze strumieniem podgrzanego powietrza transportowanego kanałem 12, które to powietrze przebiega przez suszarkę 3 korzystnie w kierunku przeciwnym niż suszone odpady. Ogrzewanie powietrza do suszenia odpadów następuje w drugim wymienniku ciepła 5 do którego powietrze transportowane jest z wykorzystaniem wentylatora nadmuchowego 8. Po przejściu przez suszarkę 3 powietrze suszące kierowane jest kanałem 13 do pierwszego wymiennika ciepła 4, natomiast częściowo osuszona masa, przykładowo po usunięciu z niej części wody do poziomo około 30%, transportowana jest urządzeniem transportującym 14 do obrotowej komory gazyfikacji 1. W tej obrotowej komorze gazyfikacji 1 następuje częściowe utlenianie doprowadzonej masy celem dostarczania energii do procesu pirolizy oraz zgazowania. Powietrze, które jest czynnikiem zgazowującym dostarczane jest za pomocą kanału 15, po uprzednim podgrzaniu w pierwszym wymienniku ciepła 4. Powietrze w obrotowej komorze gazyfikacji 1 porusza się w przeciwnym kierunku w stosunku do masy osadów. W celu stabilizacji warunków procesu zainstalowano palnik pomocniczy 6, który stanowi dodatkowe źródło ciepła podczas gazyfikacji oraz stanowi podstawowe źródło ciepła podczas wygrzewania układu w trakcie rozruchu. Produktami procesów zachodzących w obrotowej komorze gazyfikacji 1 są popiół i gaz palny. Popiół usuwany jest na zewnątrz układu za pomocą urządzenia 23. Palny gaz ze zgazowania masy odpadów

4 4 PL B1 kierowany jest kanałem 17 do komory dopalania 2. W komorze dopalania 2 następuje dopalenie substancji palnych doprowadzonych ze strumieniem powietrza z obrotowej komory gazyfikacji 1 kanałem 17. W komorze dopalania 2 zainstalowano palnik 7 w celu nagrzania układu podczas rozruchu instalacji. Spaliny powstające w komorze dopalania 2 transportowane są kanałem 18 do pierwszego wymiennika ciepła 4, gdzie oddają ciepło do strumienia powietrza kierowanego do obrotowej komory gazyfikacji 1 oraz komory dopalania 2. Następnie spaliny kierowane są kanałem 19 do drugiego wymiennika ciepła 5 gdzie oddają ciepło do powietrza podgrzanego kierowanego do suszarki 3. Po przejściu przez drugi wymiennik ciepła 5 spaliny transportowane są kanałem 20 do instalacji oczyszczania spalin 10, a następnie kierowane są kanałem 21 do wyrzutu z wykorzystaniem wentylatora 9. Opisany wynalazek znajduje zastosowanie w stosunku do odpadów i szlamów biodegradowalnych, w tym odpadów i osadów pofermentacyjnych, odpadów z biogazowni i/lub uwodnionych odpadów organicznych, w szczególności zawierających do 80% masowych wody. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych, podczas którego dokonuje się suszenia odpadów, ich gazyfikacji w obrotowej komorze oraz spalania powstałych gazów w komorze dopalania, a po oczyszczeniu powstałych spalin kieruje się je do wylotu, znamienny tym, że spaliny z komory dopalania (2) kieruje się na dwa wymienniki ciepła (4, 5) usytuowane szeregowo jeden za drugim, przy czym suszenia odpadów dokonuje się w obrotowej suszarce (3) z wykorzystaniem ciepłego powietrza ogrzanego uprzednio w drugim wymienniku ciepła (5) z wykorzystaniem ciepła spalin ze spalania odpadów, które to ciepłe powietrze kieruje się do suszarki (3) przy użyciu wentylatora nadmuchowego (8) połączonego z drugim wymiennikiem ciepła (5), natomiast powietrze po wysuszeniu odpadów kieruje się do pierwszego wymiennika ciepła (4), gdzie podgrzewa się je również przy pomocy ciepła spalin powstałych ze spalanych odpadów, przy czym tak podgrzane powietrze kieruje się do obrotowej komory gazyfikacji (1) oraz do komory dopalania (2). 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciepłe powietrze kierowane jest w suszarce (3) w kierunku przeciwnym do kierunku transportu odpadów. 3. Układ urządzeń do termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych, zawierający suszarkę odpadów, obrotową komorę gazyfikacji oraz komorę dopalania, a także instalację do oczyszczenia spalin, znamienny tym, że zawiera dwa wymienniki ciepła (4, 5) usytuowane szeregowo jeden za drugim za komorą dopalania (2), przy czym drugi wymiennik ciepła (5) połączony jest kanałem (12) z suszarką (3), a suszarka (3) połączona jest kanałem (13) z pierwszym wymiennikiem ciepła (4), zaś ten pierwszy wymiennik ciepła (4) połączony jest kanałami (15, 16) z obrotową komorą gazyfikacji (1) i z komorą dopalania (2), oraz zawiera wentylator nadmuchowy (8) połączony z drugim wymiennikiem ciepła (5).

5 PL B1 5 Rysunek

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)