CZ290174B6 - Způsob tavení silikátového odpadního materiálu pro jeho recyklování a zařízení pro jeho provádění - Google Patents

Abstract

P°i zp sobu taven recyklovan²ch silik tov²ch v²choz ch materi l /70/ se teplo pro taven silik tov²ch v²choz ch materi l /70/ vyv j p°i p°iv d n paliva /18/ a spalovac ho vzduchu /22/, p°i em ot ej c se dopravn proud /54/, obsahuj c roubovicovit proudov vl kna dopravn ho vzduchu /66/ a v²choz ho materi lu /70/, se p°iv d ve sm ru osy /72/ roubovice do spalovac komory /8/. S v²hodou se pou v p°edeh° t² erstv² vzduch, kter² se z sti p°iv d do spalovac komory /8/ jako spalovac vzduch a ste n ve form dopravn ho vzduchu /66/. Za° zen pro taven recyklovan²ch silik tov²ch v²choz ch materi l /70/ obsahuje spalovac komoru /8/, p°i em palivo /18/ a spalovac vzduch /22/ mohou b²t spalov ny v p° tomnosti uveden ho v²choz ho materi lu /70/, a d le p°edkomoru /38/, maj c kruhov pr °ezy /42/ pod l jej st°edov osy /40/, a ulo enou mezi sm ova em /56/ pro vytvo°en injektorov ho proudu /50/, vytvo°en ho z v²choz ho materi lu /70/ a dopravn ho vzduchu /66/, a spalovac komorou /8/. Injektorov² proud /50/ m e b²t p°iv d n do p°edkomory /38/ excentricky nap° vzhledem k jej st°edov ose /40/ plnic m veden m /48/ pro vytv °en dopravn ho proudu /54/. P°edkomora /38/ obsahuje v²stupn otvor /36/, kter² ·st do uveden spalovac komory /8/.\

Description

Vynález se týká způsobu tavení silikátového odpadního materiálu pro jeho recyklování, při kterém se silikátový odpadní materiál ve formě fragmentů výrobků z minerální vlny, způsobilých být unášeny v plynném proudu, přivádí do taviči vany roztavený spalováním paliva a spalovacího vzduchu, které se zavádějí do dopravního proudu, vytvářeného ze silikátového odpadního materiálu a proudu dopravního vzduchu. Dále se vynález týká zařízení pro provádění výše uvedeného způsobu.

Dosavadní stav techniky

Pro výrobu výrobků z minerální vlny je základním požadavkem tavení silikátových výchozích materiálů. Je také potřebné používat odpadu z minerální vlny jako recyklovaných výchozích materiálů.

Zavádění recyklovaných výchozích materiálů nebo silikátových odpadních materiálů do spalovací komory s sebou nese problémy zejména tehdy, když ve spalovací komoře působí tlak nad atmosférickým tlakem. Je tomu tak například v případě, kdy je spalovací komora ve formě cyklonu, jak je známé z německého patentového spisu DE 43 25 726. Je-li výchozí materiál, který se má přivádět pro tavení přítomen například ve formě jemných částic nebo má vysoký poměr povrchu ke hmotě, potom nebude tíhová síla částic, výchozího materiálu dostatečná ktomu, aby překonala zdvihovou sílu vyplývajícího pozitivního tlaku, při jejíž nepřítomnosti by mohly být částice výchozího materiálu plněny na způsob sypkého materiálu prostým vsypáváním do spalovací komory. Kdyby výchozí materiál byl vháněn do spalovací komoiy přímočaře zrychleným dopravním proudem, ačkoliv by to samo o sobě zlepšilo schopnost vnikání výchozího materiálu do spalovací komory, značně by to zkrátilo dobu pobytu výchozího materiálu uvnitř spalovací komory vzhledem k vysoké rychlosti proudu, a to s tím výsledkem, že by výchozí materiál již nemohl být uspokojivě směšován.

V případě, kdy se mají tavit recyklované silikátové výchozí materiály nebo silikátové odpadní materiály, musí být kromě tavení výchozího materiálu souběžně oxidovány organické nečistoty v recyklovaných výchozích materiálech a odpadní produkty, na nich ulpívající, které například pocházejí z pojivá nebo zbytků laminace. To vyžaduje dlouhou dobu pobytu recyklovaného výchozího materiálu uvnitř spalovací komory. Po jejich vyvinutí nesmí být kromě toho produkty spalování směšovány se získaným čistým silikátovým roztaveným materiálem. Během takového tavícího procesu, probíhajícího ve vhodné spalovací komoře, se vytváří vyšší tlakový rozdíl v horní části vzhledem k jinak nezbytně přítomnému tlaku nad atmosférickým tlakem, jak bylo uvedeno výše, protože původně pevné nečistoty jsou přítomné po jejich spálení ve formě plynných spalin, což vyvolává vzrůst jejich objemu. To zvyšuje obtíže s přiváděním výchozích materiálů do spalovací komory, a to zejména je-li poměr povrchu ke hmotě relativně vysoký.

Vynález si tak klade za úkol jednak dodat spalovací komoře dostatečnou schopnost pro vnikání recyklovaného výchozího materiálu nebo silikátových odpadních materiálů, a jednak, je-li to potřebné, dosáhnout úplného spálení odpadních látek a příslušných nečistot ulpívajících k recyklovanému výchozímu materiálu pro získání roztaveného silikátového materiálu, který je dostatečně čistý pro výrobu nových výrobků z minerální vlny.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je dosaženo způsobem tavení silikátového odpadního materiálu pro jeho recyklování, při kterém se silikátový odpadní materiál ve formě fragmentů výrobků z minerální vlny, způsobilých být unášeny v plynném proudu, přivádí do taviči vany roztavený spalováním paliva a spalovacího vzduchu, které se zavádějí do dopravního proudu, vytvářeného ze silikátového odpadního materiálu a proudu dopravního vzduchu, jehož podstatou je, že se dopravní proud, obsahující unášený silikátový odpadní materiál, roztáčí do šroubovicového dopravního proudu ve spalovací komoře a vede se podél osy spalovací komory, která je současně osou šroubovicového dopravního proudu, k taviči vaně, přičemž do šroubovicového dopravního proudu, v němž je silikátový odpadní materiál unášen podél závitů šroubovice spalovací komorou od její horní části do její dolní části, se plynule přivádí napříč k ose šroubovice směsný proud paliva a spalovacího vzduchu, přičemž palivo se spaluje spalovacím vzduchem, a spalování se dokončuje v přítomnosti silikátového odpadního materiálu ve spalovací komoře pro vyvíjení tepla, přičemž silikátový odpadní materiál se unáší podél závitů šroubovice šroubovicového dopravního proudu s tangenciální rychlostní složkou a axiální rychlostní složkou, vzájemně přizpůsobenými tak, že se dosáhne doby pobytu ve spalovací komoře, mající takový vzájemný vztah s teplotou plamene, že se silikátový odpadní materiál taví a je způsobilý být unášen směrem dolů s plynnými spalinami ven ze spalovací komory, a roztavený výchozí silikátový materiál, takto získaný teplem vyvíjeným spalováním, se odvádí ze dna spalovací komory s plynnými spalinami směrem k taviči vaně, zatímco nový silikátový odpadní materiál se přivádí ve šroubovicovém dopravním proudu do horní části spalovací komory pro jeho tavení.

Když se otáčející se šroubovicový dopravní proud, obsahující šroubovicovitá proudová vlákna dopravního vzduchu a výchozího materiálu nebo silikátových odpadních materiálů přivádí do spalovací komory ve směru osy šroubovice, přináší to tu výhodu, že výchozí materiál má velkou kinetickou energii a tedy dobrou schopnost vnikat do spalovací komory, přičemž vykazuje poměrně malou rychlostní složku ve směru osy šroubovice. Výchozí materiál tak vzhledem kjeho pohybu po šroubovicovitých dráhách pobývá značně déle uvnitř spalovací komory. Přes značnou kinetickou energii při vstupu do spalovací komory je tak zajištěna dostatečně dlouhá doba pobytu. Výchozí materiál, dopravovaný ve šroubovicovém dopravním proudu, je tak vystaven déle trvajícímu vlivu tepla, což umožňuje úplné roztavení výchozího materiálu. Déle trvající vliv tepla dále umožňuje úplnou oxidaci nečistot ulpívajících na recyklovaném výchozím materiálu nebo spalování nečistot s ním smíšených, jako jsou organické látky nebo pojivo.

Výsledkem převládajících odstředivých sil vyvíjených šroubovicovým pohybem šroubovicového dopravního proudu je dále zajištěno náležité oddělení roztavených výchozích materiálů a produktů spalování vzhledem k jejich odlišným hustotám a/nebo stavům agregace. Je-li dále vliv tepla dostatečně vysoký, jsou všechny plynné spaliny uvnitř spalovací komory přítomné v plynné fázi a mohou být směšovány s plynnými spalinami plamene, je-li zdroj tepla plamen hořáku. Může tak být zabráněno opětovnému směšování produktů spalování a roztavených výchozích materiálů.

V roztaveném výchozím materiálu nebo silikátových odpadních materiálech, pocházejících z minerální vlny se tento materiál s výhodou používá ve formě fragmentů výrobků z minerální vlny, které se získají mechanickým drticím zařízením před jejich zaváděním do spalovací komory, takže následně jsou přítomné částice recyklovaných výchozích materiálů, majících průměrnou velikost menší než 10 mm. Bylo však překvapivě zjištěno, že i fragmenty nebo úlomky nepravidelného tvaru, mající průměrnou velikost větší než 10 mm se dají uspokojivě nést podél dopravního proudu bez předchozích rozmělňovacích opatření.

Způsob podle vynálezu se také hodí obecně pro tavení směsí skelných kompozic, při použití více zpracovávacích jednotek, uspořádaných paralelně, které poskytují řešení problému kvantity

-2CZ 290174 B6 výstupů. Zde se také dá přídavně používat odpovídajícím způsobem recyklovaný výchozí materiál.

Vede-li se šroubovicový dopravní proud souose s podélnou osou spalovací komory do horního pásma uvedené spalovací komory, umožňuje takové souosé přivádění přibližně středově souměrnou tvorbu proudu a/nebo podmínek spalování uvnitř spalovací komory, čímž se napomáhá zjednodušenému řízení procesu.

Otáčející se šroubovicový dopravní proud může být například vyvíjen zrychlováním dopravního vzduchu přiváděného do přívodního vedení pomocí oběžného kola nebo kompresoru turbínového typu. Oběžné kolo nebo kolo kompresoru souběžně uděluje požadované otáčení zrychlenému dopravnímu vzduchu. Do zrychleného a roztočeného šroubovicového dopravního vzduchu pak může být přiváděn výchozí materiál.

Pro účel vyvíjení dopravního proudu se dopravní vzduch zrychluje a silikátový odpadní materiál se zavádí do zrychleného dopravního vzduchového proudu pro vytváření lineárního injektorového dopravního proudu, vytvořeného z dopravního vzduchu a silikátového odpadního materiálu, a takto vytvořený lineární dopravní proud se roztáčí pro vytváření šroubovicového dopravního proudu. Zde může být spalovací vzduch také použit jako dopravní vzduch, je-li přebytkový spalovací vzduch výhodou, pokud jde o zlepšené spalování odpadních látek. Recyklovaný výchozí materiál nebo silikátové odpadní materiály, který je například rozdrcen nebo jinak rozdělen na jednotlivé částice, může být pak přidáván ve formě částic do tohoto zrychleného dopravního vzduchu nebo přídavného spalovacího vzduchu.

Zavádění výchozího materiálu do dopravního vzduchu přináší přídavnou výhodu, a to zejména v tom, že umožňuje nastavit optimální poměr míšení dopravního vzduchu a výchozího materiálu s cílem dosáhnout spálení již během jejich míšení. Jelikož je proud zrychleného dopravního vzduchu, obsahující přiváděný výchozí materiál, zpočátku veden jako lineární dopravní proud, je značně usnadněno sledování poměru míšení na místě jeho realizace například pomocí optických senzorů.

Jakmile se zrychlený dopravní vzduch, obsahující přidaný výchozí materiál, zpočátku vedený jako lineární injektorový dopravní proud, poté roztočí, získá se požadovaný otáčející se šroubovicový dopravní proud, obsahující šroubovicovitá proudová vlákna dopravního vzduchu a výchozího materiálu. Tento otáčející se šroubovicový dopravní proud poskytuje cennou výhodu v tom, že částice výchozího materiálu, obsažené v otáčejícím se dopravním proudu v podstatě sledují šroubovicovitá proudová vlákna na konstantních šroubovicovitých dráhách. Tím je zajištěno, že směšovací poměr dopravního vzduchu a výchozího materiálu, jakmile byl jednou nastaven, nebude podstatně měněn vzhledem ktomu, že je zabráněno oddělování vyplývající z nežádoucích klidových míst v proudových prostorech a opětovnému míšení, vyplývajícímu z nekontrolovaných turbulencí.

Až dosud však zůstává nejasné, jakým pravidlům proudu podléhá pozorovaná transformace lineárního injektorového dopravního proudu na otáčející se dopravní proud, obsahující šroubovicovitá proudová vlákna dopravního vzduchu a výchozího materiálu uvnitř předkomoiy.

V každém případě se zdá, že dopravní proud, vytvořený v předkomoře, proudí uvnitř myšlené trubice vývrtkovitého tvaru na způsob sledování spirálovitě vinutého schodiště bez jakéhokoli významnějšího rozbíhání.

V případě, kde přiváděný dopravní proud je obklopován otáčejícím se obalovým proudem, sledujícím šroubovicový proudnicový průběh, s výhodou plamenem hořáku v horním pásmu spalovací komory, má to výhodu vtom, že se může vyloučit dotyk mezi šroubovicovým dopravním proudem a stěnou spalovací komory v horní oblasti spalovací komory, a že šroubovicový dopravní proud se může vzhledem k odstředivým silám převládajícím v příčném

-3CZ 290174 B6 směru vzhledem k ose šroubovice, postupně rozbíhat pro vzrůstající pronikání do obalového proudu podél osy šroubovice ve směru pohybu. Jestliže například má obalový proud tvar hořákového plamene, určeného jako tepelný vstup, potom je tímto způsobem umožněno optimální přivádění tepla do dopravního proudu. Výsledkem toho je, že částice výchozího materiálu se mohou zcela tavit a odpadní látky mohou být zcela oxidovány nebo spalovány.

Jestliže se injektorový dopravní proud, vytvářený ze silikátového odpadního materiálu a dopravního vzduchu, a uvedený otáčející se obalový proud, vzájemně směšují při současném sestupování uvnitř spalovací komory ve směru její podélné osy, dosáhne se tímto způsobem plynule se zintenzivňující míchání obalového proudu s šroubovicovým dopravním proudem ve směru podélné osy spalovací komory. To má nakonec za následek ukládání taveniny ve spodním pásmu spalovací komory na vnější straně u stěny komory a stékání podél této stěny, a plynné spaliny proudí spolu produkty spalování v ní přítomnými uprostřed spalovací komory podél její osy.

Dále může být po délce nastaven teplotní spád napříč spalovací komory, například jestliže je obalový proud ve formě plamene. To umožňuje vytvořit po sobě následující pásma, mající různé střední teploty v podélném směru. Vzhledem k zápornému teplotnímu spádu teplota uvnitř spalovací komory plynule klesá ve směru proudu, v důsledku čehož je možné projít při průchodu spalovací komorou odpovídajícím nejpříznivějším teplotním pásmem. Například pro oxidování pojivá nebo zbytků laminace je tak požadována vyšší teplota, než pro tavení výchozího materiálu, a výchozí materiál, jakmile byl roztaven, může být sám udržován v kapalném stavu a plynné spaliny mohou být udržovány v plynném stavu při nižších teplotách. Tímto způsobem je dále zajištěno optimální zužitkování tepelného energetického vstupu.

Sroubovicový dopravní proud a otáčející se obalový proud se mohou otáčet ve stejném směru uvnitř spalovací komory, tj. jejich vektory otáčení tak mohou v tomto případě mít stejnou orientaci. Tímto způsobem je možné dosáhnout velmi klidného směšování obalového proudu se šroubovicovým dopravním proudem bez turbulencí. Jestliže má obalový proud tvar plamene, může být přídavně dosaženo hladkého spalování odpadních látek a roztavení výchozího materiálu. Lze předpokládat, že teplotní spád bude relativně malý, protože se dopravní proud a obalový proud budou mísit jen pomalu. Toto řízení procesu má význam v dosažení požadovaného hladkého tavení silikátového výchozího materiálu.

V případě jiného výhodného řízení procesu se může dopravní proud otáčet ve směru opačném vzhledem ke směru otáčení obalového proudu uvnitř spalovací komory, tj. jejich odpovídající vektory otáčení mají vzájemně opačný směr. Dá se tak dosáhnout intenzivního míchání šroubovicového dopravního proudu a obalového proudu již v pásmu, kde se oba proudy poprvé vzájemně stýkají. Zejména tam, kde obalový proud je ve formě plamene, mohou vzniknout v hraniční oblasti šroubovicového dopravního proudu a obalového proudu silné turbulence, čímž se přídavně umožňuje rychlé spalování odpadních látek, které je omezováno na relativně malou plochu uvnitř spalovací komory. V tomto případě je možné předpokládat, že teplotní spád v podélném směru spalovací komory může být relativně strmý. Toto řízení procesu může být účelné pro použití u recyklovaných výchozích materiálů nebo silikátových odpadních materiálů, nesoucích s sebou velké množství nečistot, tj. odpadních látek, které musí být recyklovány.

Podle dalšího znaku vynálezu se doba pobytu silikátového odpadního materiálu na jeho dráze podél šroubovicového dopravního proudu v horním pásmu spalovací komory a teplota v tomto horním pásmu volí takové, že oxidovatelné látky na něm ulpělé nebo v něm obsažené se spalují a produkty spalování přecházejí do plynné fáze a směšují se s plynnými spalinami plamene, a doba pohybu silikátového odpadního materiálu na jeho dráze podél šroubovicového dopravního proudu ve středním pásmu spalovací komory a teplota v tomto středním pásmu, nižší než teplota v horním pásmu, se volí tak, že silikátový odpadní materiál přechází do kapalné fáze a vystupuje ze spalovací komory jako čistý roztavený výchozí materiál spolu s plynnými

-4CZ 290174 B6 spalinami. Tím je zajištěno, že odpadní látky se po jejich spálení nemohou znovu smísit s roztaveným výchozím materiálem. Vhodnou volbou druhé doby pobytu silikátového odpadního materiálu a nižší teploty ve středním pásmu spalovací komory mohou být nastaveny optimální podmínky pro tavení výchozího materiálu. V tomto případě výchozí materiál, jakmile byl jednou roztaven, zůstává v kapalné fázi. Je dále možné odvádět plynné spaliny, jakož i získaný roztavený materiál ze spalovací komory, společným výstupem. Plynné spaliny potom vystupují podél podélné osy spalovací komory výstupem ze spalovací komory a roztavený materiál vytéká ve spodním pásmu spalovací komory podél stěny spalovací komory směrem k výstupu a podél jeho okraje ven ze spalovací komory.

Společné vedení plynných spalin a roztaveného materiálu je výhodné s ohledem na to, že konstrukce zařízení je jednoduchá. Samostatná vedení pro roztavený materiál a plynné spaliny nejsou potřebná, protože tyto složky jsou již oddělené, když vystupují společným výstupem. Je dále možné kombinovat plynné spaliny vyvíjené tavením recyklovaných výchozích materiálů nebo silikátových odpadních materiálů s plynnými spalinami, vyvíjenými při tavení čerstvého výchozího materiálu v taviči vaně, a společně vést tyto dvojí spaliny, tj. spaliny vyvíjené z recyklovaného výchozího materiálu a z roztaveného čerstvého výchozího materiálu, ke společnému zpracovávání a čištění. V této souvislosti je možné se odvolat na obsah německého patentového spisu DE 43 25 726 A.

Podle dalšího znaku vynálezu se jako zdroj vzduchu pro proudy vzduchu, zaváděné do procesu, používá čerstvý vzduch, zahřívaný tepelnou energií z plynných spalin z taviči vany a/nebo z uvedených plynných spalin, a takto zahřátý čerstvý vzduch se dělí na dílčí proud spalovacího vzduchu, přímo přiváděného do spalovací komory, a dílčí proud ve formě dopravního vzduchu. Při zvlášť výhodném řízení procesu je čerstvý nebo spalovací vzduch přítomen při teplotě místnosti přibližně 20 °C a je veden do výměníku tepla nebo rekuperátoru, jak je popsáno například v německém patentovém spisu DE 43 25 726 A. Tento výměník tepla předává tepelnou energii z plynných spalin, proudících do výměníku s teplotou přibližně 1000 °C a opouštějících ho při teplotě přibližně 200 °C, do spalovacího vzduchu, který se tím zahřívá na přibližně 650 °C. To vede jednak k podstatně zlepšené tepelné bilanci způsobu a jednak k tomu, že zahřátý dopravní vzduch může výhodně absorbovat vlhkost, která může být obsažena v recyklovaném výchozím materiálu. Výchozí materiál se tak suší po jeho přidání do zahřátého dopravního vzduchu a může se tak zabránit nežádoucí tvorbě kondenzátu uvnitř předkomory.

Vynález dále navrhuje zařízení pro provádění výše uvedeného způsobu, které obsahuje spalovací komoru, opatřenou vstupem pro proud silikátového odpadního materiálu, s předkomorou mající kruhový průřez a souosou se spalovací komorou, přičemž předkomora leží mezi spalovací komorou a směšovačem pro vytváření, v plnicím vedení spojujícím směšovač s předkomorou a ústícím do předkomory, dopravního proudu, sestávajícího z odpadního silikátového materiálu a proudu dopravního vzduchu, pro zavádění uvedeného dopravního proudu excentricky do předkomory ve směru příčném ke střední ose předkomory, přičemž předkomora je opatřena výstupním otvorem, souosým sjejí střední osou a ležícím v axiálním odstupu od uvedeného plnicího vedení, který ústí do spalovací komory, přičemž výstupní otvor předkomory tvoří vstupní otvor, středově uložený v horní stěně spalovací komory, přičemž spalovací komora je dále opatřena prostředky pro přivádění směsi paliva a spalovacího vzduchu, tvořenými hořákem, ústícím ze strany do spalovací komory v odstupu od vstupního otvoru, a přičemž spalovací komora je opatřena na jejím dně sběrným výstupem roztaveného výchozího silikátového materiálu.

Výsledkem tohoto řešení je, že dopravní proud může být zpočátku zrychlován pomocí směŠovače a plněn recyklovaným výchozím materiálem nebo silikátovým odpadním materiálem, který je s výhodou přítomný ve formě částic výchozího materiálu. Takto zrychlený dopravní vzduch, plněný výchozím materiálem, může být následně přiváděn v příčném směru vzhledem ke středové ose předkomory a excentricky vzhledem ke středu předkomory, čímž je injektorový

-5CZ 290174 B6 proud, až dosud vedený lineárně, přeměňován na otáčející se šroubovicový dopravní proud obsahující šroubovicovitá proudová vlákna. Jelikož výstupní otvor předkomory ve směru pohybu má orientaci napříč vzhledem ke středové ose předkomory, s níž se v ideálním případě shoduje osa šroubovice, může vystupovat výsledný otáčející se šroubovicový dopravní proud, obsahující šroubovicovitá proudová vlákna dopravního vzduchu a výchozího materiálu, z předkomory výstupním otvorem ve vývrtkovitém tvarovém uspořádání.

Patentový spis US 4 544 393 popisuje způsob tavení skla ve vírovém reaktoru a dále řadu provedení toroidních vírových reaktorů. Zejména se týká směšování tří různých dílčích směsí práškovitých sklotvomých materiálů pro výrobu skla, a vzduchu nebo plynu, jakož i jejich zavádění do toroidního vírového reaktoru odpovídajícího provedení. Stechiometrie a uvolňování tepla ve vírovém reaktoru jsou řízeny nastavováním poměru oxidantu a paliva v suspenzním předehřívači a ve vírovém reaktoru. Zahřáté částice v suspenzi se směšují a rozdělují se na stěny vírového reaktoru odstředivými silami, mechanicky vyvíjenými tekutinou, přičemž podél stěn vírového reaktoru dochází ke sklotvomým reakcím. Opětovné použití silikátového odpadního materiálu pro jeho recyklování a zavádění do zařízení, zvlášť přizpůsobeného pro tento účel, však v tomto spisu není popisováno.

Z patentového spisu US 3 555 164 a německého patentového spisu DE 33 35 859 je známé zařízení, v němž je jemně granulámí rudný koncentrát vodorovně vháněn při vysoké rychlosti spolu s reakčními plyny prostřednictvím injektoru v horním pásmu cyklonovité spalovací komory. Toto zařízení však nemůže být použito pro přivádění silikátových odpadních materiálů do spalovací komory. V případě řešení podle DE 33 35 859 je použito několika, například čtyř injektorů nebo trysek, uložených v rovině tvořící prodloužení stran čtverce. Směry vhánění jsou orientovány ve směru sečny vzhledem k obvodu spalovací komory, takže při použití čtyř trysek místo jediné trysky, při pohledu postupně za sebou při pohybu okolo čtverce, je zabráněno protínání následujícího proudu ve směru okolo kruhu. Každý jednotlivý injektor fouká výchozí materiál v oblasti následující vháněcí trysky přímo na protilehlou stěnu spalovací komory, orientovanou ve směru sečny. To má nevýhodu vtom, že spalovací komora je vystavena přídavnému nepotřebnému mechanickému namáhání a je tak vystavena zvýšenému opotřebení. Při tavení silikátových výchozích materiálů nebo silikátových odpadních materiálů však nemůže být přijata snížená životnost spalovací komory.

Podle dalšího znaku vynálezu směšovač sestává z injektoru, obsahujícího injektorovou trysku, přívodní vedení silikátového odpadního materiálu, s výhodou potrubí pro svislý spádový přívod, a vstupní otvor do plnicího vedení, přičemž přívodní vedení silikátového odpadního materiálu je napojeno na plnicí vedení mezi injektorovou tryskou a vstupním otvorem. To dovoluje velmi jednoduchou konstrukci, která se vyznačuje jednak odolností ajednak snadným řízením podmínek proudění. Zejména dovoluje použití injektoru obsahujícího injektorovou trysku velmi účinné zrychlování dopravního vzduchu, které je optimální v podmínkách mechaniky proudění. V tomto případě může být dopravní vzduch například hned na počátku předem stlačován na trhu dostupným kompresorem a zrychlován na trhu dostupným dmychadlem, načež se nechává uvolnit a poté zrychlovat injektorovou tryskou.

Podle dalšího znaku vynálezu je hořák pro spalování paliva a spalovacího vzduchu uložen vně uvedené spalovací komory, mající svislou podélnou osu, přičemž hořákový otvor má osu kolmou k podélné ose spalovací komory a je uložený excentricky vzhledem k podélné ose spalovací komory v jejím horním pásmu, takže vyvíjený plamen má tvar obalového proudu, který může být veden excentricky do uvedené spalovací komory. Tím se dosáhne řada výhod. Jednak je obalový proud nebo hořákový plamen v přímém dotyku se stěnou spalovací komory, čímž je zajištěno, že stěna spalovací komory může přijímat tepelné zatížení, a je vyloučen kontakt mezi šroubovicovým dopravním proudem a stěnou spalovací komory, čímž může být zabráněno nežádoucímu ulpívání částic výchozího materiálu na stěnách spalovací komory. Je dále zajištěno, že se šroubovicový dopravní proud během tohoto průchodu spalovací komorou může rozptylovat

-6CZ 290174 B6 do obalového proudu a je tak možný optimální přívod tepla. V přednostním provedení tvoří hořák a spalovací komora tavící cyklonovou pec. To umožňuje využít všech výhod tavícího cyklonu. V této souvislosti je možné se plně odvolat na německý patentový spis DE 43 25 726 A.

Má-li část předkomory, uložená ve z hlediska směru proudění před výstupním otvorem předkomory, kuželovité se zužující tvar ve směru proudění, může být vyvíjený dopravní proud jednak zúžen a dále zrychlen, a jednak se ve značné míře zabrání odrazu tepla ze spalovací komory do předkomory’. Toto kónické zúžení oblasti předkomory, ležící z hlediska proudění před výstupním otvorem, kromě toho brání tomu, aby částice výchozího materiálu, které mohou být lehce zahřátý vzhledem ke zpětnému působení tepla ze spalovací komory, jež nelze zcela vyloučit, ulpívaly na stěně předkomory při možném dotyku, a to v důsledku přítomnosti neúplně vytvrzeného pojivá.

V přednostním provedení ústí výstupní otvor předkomory přímo do spalovací komory, což má za následek jednak kompaktní konstrukci sestavy předkomory a spalovací komory, a jednak přináší výhodu v tom, že vytvářený dopravní proud není zbytečně zdržován.

Podle dalšího znaku vynálezu předkomora obsahuje chladicí prostředky pro chlazení stěny předkomory. Tím je zajištěno, že lehce zahřáté částice výchozího materiálu, jehož neúplně polymerované pojivové složky by normálně mohly vyvolávat adhezi při styku se stěnou předkomory, ke stěně předkomory neulpívají. Při styku se stěnou předkomory se mohou částice výchozího materiálu ochladit a zbytkové neúplně vytvrzené pojivo se může vytvrdit, čímž se částice výchozích materiálů mohou opět oddělovat od stěny předkomory.

Ve výhodném provedení spalovací komora obsahuje chladicí prostředky pro chlazení její stěny. Použitím vyzdívky spalovací komory z cihel ze žárovzdomého materiálu mohou být kromě toho dosaženy vysoké teploty uvnitř spalovací komory.

Podle dalšího znaku vynálezu je sběrný výstup roztaveného výchozího materiálu tvořený výstupním otvorem ve dně spalovací komory pro roztavený výchozí materiál a plynné spaliny, uloženým souose s podélnou osou spalovací komory. Výstupní otvor je napojen na přívod k taviči vaně. Plynné spaliny a roztavený výchozí materiál se tak mohou odvádět společně. Roztavený výchozí materiál tak může být přiváděn k čerstvé tavenině čerstvého výchozího materiálu, samostatně roztaveného v taviči vaně a poté zpracováván na nová minerální vlákna spolu s tímto čerstvým materiálem v dále následujících sekcích zařízení. Plynné spaliny, vytvářené během tavení čerstvého výchozího materiálu mohou být kromě toho přiváděny k plynným spalinám vyvíjeným v taviči vaně a být s nimi kombinovány, takže stávající zařízení pro čištění plynných spalin tak mohou být použita pro čištění plynných spalin pocházejících z recyklovaného materiálu bez jakýchkoli dalších konstrukčních změn. V této souvislosti je možné se opět odvolat na německý patentový spis DE 43 25 726 A.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 schematický řez částí zařízení, sestávající z předkomory, spalovací komory a napáječe taviči vany, přičemž rovina řezu je rovnoběžná se směrem proudění injektorového dopravního proudu, obr. 2 zvětšený řez směšovačem a předkomorou z obr. 1 a obr. 3 řez směšovačem a předkomorou z obr. 2.

-7CZ 290174 B6

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn příklad provedení zařízení podle vynálezu. Tavící cyklonová pec 1 je uložena nad přívodem 2 do neznázoměné tavící vany. Sestava je nesena nosičem 6 z I-profilů. Tavící cyklonová pec 1 obsahuje spalovací komoru 8, obsahující hořák 10, připojený hořákovým přípojem 12 k nátrubku 14 pro vedení plamene, navazujícím na tavící cyklonovou pec 1. Hořák 10 obsahuje přívod 16 paliva, který může být napájen palivem 18. Dále hořák 10 obsahuje přívod 20 spalovacího vzduchu, kterým může být napájen spalovacím vzduchem 22 pro spalování paliva 18.

Spalovací komora 8 tavící cyklonové pece 1 je připojena k neznázoměné tavící vaně výstupním otvorem 24 přes napáječ 2 a má průřez 26, uspořádaný podél podélné osy 28 spalovací komory 8. Spalovací komora 8 může být rozdělena do nejméně tří myšlených pásem, a to horního pásma 30, středního pásma 32 a dolního pásma 34. V dolním pásmu 34 spalovací komory 8 je umístěn výstupní otvor 24, jak již bylo uvedeno, a v horním pásmu 30 je umístěn nátrubek 14 pro vedení plamene jako spojovací prvek s hořákem JO. Dále je v horním pásmu 30 napojen výstupní otvor 36 předkomory 38. Výstupní otvor 36 předkomory tvoří současně vstupní otvor 36A spalovací komory 8.

Předkomora 38 má kruhový průřez 42 s osou 40 a může být rozdělena na nejméně dvě myšlené části, a to válcovitou homí část 44 a kuželovitou dolní část 46, zužující se směrem dolů a přímo navazující na spalovací komoru 8.

Do předkomory 38 ústí plnicí potrubí 48, uspořádané excentricky a kolmo k válcovité homí části 44, takže do ní může být plnicím vedením 48 excentricky vháněn lineární dopravní proud 50. Ten proudí podél vnitřní stěny 52 předkomory 38 a je vychylován jejím zakřiveným tvarem, čímž vzniká otáčivý šroubovicový dopravní proud 54, vystupující výstupním otvorem 36 z předkomory 38 a vstupující do horního pásma 30 spalovací komory 8.

K volnému konci plnicího vedení 48 je připojen směšovač 56, tvořený injektorem 58 obsahujícím injektorovou trysku 60, přívodní vedení 62 výchozího materiálu, tvořené na příklad spouštěcí trubkou, a vstupní otvor 64, ústící do plnicího potrubí 48. Pomocí injektoru 58 je dopravní vzduch 66. který je do něj přiváděn, zrychlován pomocí injektorové tiysky 60 na lineární injektorový proud 50. Do tohoto lineárního injektorového dopravního proudu 50 jsou zaváděny rozmělněné výchozí silikátové materiály. Vytváří se tak zrychlený dopravní proud 500 sestávající z dopravního vzduchu a recyklovaného výchozího materiálu 70. Otáčivý šroubovicový dopravní proud 54, vyvíjený dopravním proudem 500, je veden předkomorou 38 ve směru osy 72 šroubovice, která se v ideálním případě shoduje se středovou osou 40 předkomory 38, výstupním otvorem 36 z předkomory 38 do spalovací komory 8 a touto spalovací komorou směrem ke sběrnému výstupu 24. Na své dráze se otáčivý šroubovicový dopravní proud 54 postupně rozšiřuje dovnitř spalovací komory 8 tavícího cyklonu L

Plamenem 76 hořáku 10 je uvnitř spalovací komory 8 podél její vnitřní stěny 78 vytvářen otáčivý obalový proud 74, obsahující šroubovicovitá proudová vlákna, který vstupuje z hořáku 10 hořákovým přípojem 12 a nátrubkem 14 pro vedení plamene excentricky v rovině rovnoběžné s kruhovými průřezy 26 spalovací komory do horního pásma 30 spalovací komory 8, a odtud sestupuje po šroubových dráhách k výstupnímu otvoru 24 spalovací komory 8. Zde plášťový proud 74 obklopuje šroubovicový dopravní proud 54, který se postupně rozbíhá na své dráze od výstupního otvoru 36 ke sběrnému výstupu 24. což vede k plynulému směšování dopravního proudu 54 s obalovým proudem 74.

Spolu s plamenem 76 hořáku 10 také proudí do spalovací komory 8 jeho plynné spaliny 80. V horním pásmu 30 spalovací komory 8 se spalují nečistoty a odpadní látky, ulpívající

-8CZ 290174 B6 k výchozímu materiálu 70. Produkty spalování vstupují do plynné fáze a směšují se s plynnými spalinami 80, které nakonec proudí sběrným výstupem 24 směrem do napáječe 2. Ve středním pásmu 32 a dolním pásmu 34 spalovací komory 8 se recyklovaný silikátový výchozí materiál taví na tavený výchozí silikátový materiál 82, který také proudí spolu s plynnými spalinami 80 otvorem tvořícím sběrný výstup 24 do napáječe 2 a tímto napáječem do neznázoměné taviči vany. Plynné spaliny 80 se odvádějí spolu s odpadními plyny z taviči vany.

Stěna 78 spalovací komory, jakož i hořákový otvor 84 jsou obloženy vyzdívkou z cihel 86 mimořádně odolných proti vysokým teplotám a inertních. Spalovací komora 8 je kromě toho opatřena chladicími prostředky 88 pro chlazení stěny 78 spalovací komory a hořákového otvoru 84. Také předkomora 38 je opatřena chladicími prostředky 94, kterými může být chlazena chladicím médiem.

Na obr. 2 je znázorněn zvětšený detail předkomory 38 a směšovače. Obr. 3 znázorňuje příčný řez předkomorou 38. Do injektoru 58 je přiváděn dopravní vzduch 66, kterému bylo již předem dodáno zrychlení a který již byl předem stlačen, přičemž tento dopravní vzduch se poté vede do injektoru 58 a uvolňuje na injektorové trysce 60, čímž je mu udělováno značné následné zrychlení. Tímto způsobem se dají získat rychlosti proudu nad 250 m/s. Takto zrychlený dopravní vzduch se napájí recyklovaným silikátovým výchozím materiálem 70 přes přívod 62, což má za následek, že se vytváří lineární injektorový proud 50 z dopravního vzduchu 66 a výchozího materiálu 70.

Lineární dopravní proud 500 se vede plnicím potrubím 48 do předkomory 38, kde se dopravní proud 500 přeměňuje na otáčivý šroubovicový dopravní proud 54 obsahující šroubovicovitá proudová vlákna. Tento otáčející se šroubovicový dopravní proud 54 proudí podél osy 72 jeho šroubovice od válcovité horní části 44 předkomory do dolní části 46, kónicky se zužující ve směru proudu, vystupuje zpředkomoiy 38 výstupním otvorem 36 a vstupuje do spalovací komory 8, neznázoměné na obr. 2. Kuželovité zužování dolní části 46 má dvojí účel, a to jednak středění otáčejícího se šroubovicového dopravního proudu 54 a současně jeho zrychlování do určité míry, ajednak zabraňování zpětného proudění tepla ze spalovací komoiy 8 do předkomory 38. Aby se snížila tepelná zátěž a zabránilo se, že částice výchozího materiálu budou ulpívat ke stěně 52 předkomory, je předkomora 38 opatřena chladicími prostředky 94.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (14)

1. Způsob tavení silikátového odpadního materiálu (70) pro jeho recyklování, při kterém se silikátový odpadní materiál (70) ve formě fragmentů výrobků z minerální vlny, způsobilých být unášeny v plynném proudu, přivádí do taviči vany roztavený spalováním paliva (18) a spalovacího vzduchu (22), které se zavádějí do dopravního proudu (500), vytvářeného ze silikátového odpadního materiálu (70) a proudu dopravního vzduchu (66), vyznačený tí m, že se dopravní proud (500), obsahující unášený silikátový odpadní materiál (70), roztáčí do šroubovicového dopravního proudu (54) ve spalovací komoře (8) a vede se podél osy (28) spalovací komory (8), která je současně osou (72) šroubovicového dopravního proudu (54), k tavící vaně, přičemž do šroubovicového dopravního proudu (54), v němž je silikátový odpadní materiál (70) unášen podél závitů šroubovice spalovací komorou (8) od její horní části do její dolní části, se plynule přivádí napříč kose šroubovice směsný proud (77) paliva (18) a spalovacího vzduchu (22), přičemž palivo (18) se spaluje spalovacím vzduchem (22), a spalování se dokončuje v přítomnosti silikátového odpadního materiálu (70) ve spalovací komoře (8) pro vyvíjení tepla, přičemž silikátový odpadní materiál (70) se unáší podél závitů

-9CZ 290174 B6 šroubovice šroubovicového dopravního proudu (54) s tangenciální rychlostní složkou a axiální rychlostní složkou, vzájemně přizpůsobenými tak, že se dosáhne doby pobytu ve spalovací komoře (8), mající takový vzájemný vztah s teplotou plamene (76), že se silikátový odpadní materiál taví a je způsobilý být unášen směrem dolů s plynnými spalinami (80) ven ze spalovací komory, a roztavený výchozí silikátový materiál (82), takto získaný teplem vyvíjeným spalováním, se odvádí ze dna spalovací komory (8) s plynnými spalinami (80) směrem k taviči vaně, zatímco nový silikátový odpadní materiál (70) se přivádí ve šroubovicovém dopravním proudu do horní části spalovací komory (8) pro jeho tavení.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že šroubovicový dopravní proud (54) se přivádí souose s podélnou osou (28) spalovací komory (8) do jejího horního pásma (30).

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že se silikátový odpadní materiál (70) zavádí do proudu dopravního vzduchu (66), vháněného pod tlakem směrem ke spalovací komoře (8), přičemž na vstupní straně spalovací komory (8) se výslednému dopravnímu proudu (500) uděluje tangenciální rychlostní složka pro jeho převádění na šroubovicový dopravní proud (54).

4. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že přiváděný šroubovicový dopravní proud (54) je obklopován otáčejícím se obalovým proudem (74), sledujícím šroubovicový proudnicový průběh, sestávajícím ze směsného proudu (77) paliva (18) a spalovacího vzduchu (22), přiváděným do spalovací komory (8) v jejím horním pásmu (30) s tangenciální složkou jako plamen (76) hořáku (10).

5. Způsob podle nároku 4, vyznačený tím, že šroubovicový dopravní proud (54), vytvářený roztočením proudu silikátového odpadního materiálu (70) a dopravního vzduchu (66), a otáčející se obalový proud (74), se vzájemně směšují při současném sestupování uvnitř spalovací komory (8) ve směru její podélné osy (28).

6. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že šroubovicový dopravní proud (54) a otáčející se obalový proud (74) se otáčejí uvnitř spalovací komory (8) ve stejném směru.

7. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, vyznačený tím, že se doba pobytu silikátového odpadního materiálu (70) na jeho dráze podél šroubovicového dopravního proudu (54) v horním pásmu (30) spalovací komory (8) a teplota v tomto horním pásmu (30) volí takové, že oxidovatelné látky, na něm ulpělé nebo vněm obsažené, se spalují a produkty spalování přecházejí do plynné fáze a směšují se s plynnými spalinami (80) plamene (76), a doba pohybu silikátového odpadního materiálu (70) na jeho dráze podél šroubovicového dopravního proudu (54) ve středním pásmu (32) spalovací komory (8) a teplota v tomto středním pásmu (32), nižší než teplota v horním pásmu (30), se volí tak, že silikátový odpadní materiál (70) přechází do kapalné fáze a vystupuje ze spalovací komory (8) jako čistý roztavený výchozí materiál (82) spolu s plynnými spalinami (80).

8. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačený tím, že se jako zdroj vzduchu pro proudy vzduchu, zaváděné do procesu, používá čerstvý vzduch, zahřívaný tepelnou energií z plynných spalin z taviči vany a/nebo z uvedených plynných spalin (80), a takto zahřátý čerstvý vzduch se dělí na dílčí proud spalovacího vzduchu (22), přímo přiváděného do spalovací komory (8), a dílčí proud ve formě dopravního vzduchu (66).

9. Zařízení pro provádění způsobu podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačené tím, že obsahuje spalovací komoru (8), opatřenou vstupem (36A) pro proud silikátového odpadního materiálu (70), s předkomorou (38) mající kruhový průřez (42) a souosou se spalovací komorou (8), přičemž předkomora (38) leží mezi spalovací komorou (8) a směšovačem (56) pro vytváření,

-10CZ 290174 B6 v plnicím vedení (48) spojujícím směšovač (56) spředkomorou (38) a ústícím do předkomory (38), dopravního proudu (500), sestávajícího z odpadního silikátového materiálu (70) a proudu dopravního vzduchu (66), pro zavádění uvedeného dopravního proudu (500) excentricky do předkomory (38) ve směru příčném ke střední ose (40) předkomory (38), přičemž předkomora (38) je opatřena výstupním otvorem (36), souosým s její střední osou (40) a ležícím v axiálním odstupu od uvedeného plnicího vedení (48), který ústí do spalovací komoiy (8), přičemž výstupní otvor (36) předkomory (38) tvoří vstupní otvor (36A), středově uložený v horní stěně spalovací komory (8), přičemž spalovací komora (8) je dále opatřena prostředky pro přivádění směsi paliva (18) a spalovacího vzduchu (22), tvořenými hořákem (10), ústícím ze strany do spalovací komory (8) v odstupu od vstupního otvoru (36A), a přičemž spalovací komora (8) je opatřena na jejím dně sběrným výstupem (24) roztaveného výchozího silikátového materiálu (82).

10. Zařízení podle nároku 9, vyznačené tím, že směšovač (56) sestává z injektoru (58), obsahujícího injektorovou trysku (60), přívodní vedení (62) silikátového odpadního materiálu, s výhodou svislé potrubí, a výstupní otvor (64), tvořící vstup do plnicího vedení (48) předkomory (38), přičemž přívodní vedení (62) silikátového odpadního materiálu je napojeno na plnicí vedení (48) mezi injektorovou tryskou (60) a výstupním otvorem (64).

11. Zařízení podle nároku 9 nebo 10, vyznačené tím, že hořák (10) pro spalování paliva (18) a spalovacího vzduchu (22) je uložen vně uvedené spalovací komory (8), mající svislou podélnou osu (28), přičemž hořákový otvor (84) má osu kolmou k podélné ose (28) spalovací komory (8) a je uložený excentricky vzhledem k podélné ose spalovací komory (8) v jejím horním pásmu (30), takže vyvíjený plamen (76) má tvar obalového proudu (74), který může být veden excentricky do uvedené spalovací komory (8).

12. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 9až 11,vyznačené tím, že předkomora (38) se směrem k výstupnímu otvoru (36) zužuje ve směru proudění a ústí přímo do spalovací komory (8)·

13. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 9 až 12, vyznačené tím, že předkomora (38) obsahuje chladicí prostředky (94) pro chlazení její stěny (52).

14. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 9až 13,vyznačené tím, že sběrný výstup (24) roztaveného výchozího materiálu (82) je tvořený výstupním otvorem ve dně spalovací komory (8) pro roztavený výchozí materiál (82) a plynné spaliny (80), uloženým souose s podélnou osou (28) spalovací komory (8).