PL207596B1 - Sposób i urządzenie do waloryzacji, w tym autotermicznej stałych paliw, w tym odpadowych, biomasy, zwłaszcza dla czystej produkcji energii elektrycznej i ciepła, węgla aktywnego i gazów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do waloryzacji w tym autotermicznej stałych paliw, w tym odpadowych, biomasy, zwłaszcza dla czystej produkcji energii elektrycznej i ciepła, węgla aktywnego oraz gazów.

Znane są różne urządzenia do termicznego przetwarzania stałych materiałów odpadowych, w tym biomasy, odpadów miejskich, tworzyw sztucznych, przeważ nie na zsyntezowany gaz w wyniku gazyfikacji w celu wykorzystania zawartych w tych materiałach odpadowych energii, ciepła a także na węgiel drzewny, węgiel aktywny. Z polskich opisów patentowych nr 178097 i nr 178974 znane są urządzenia do termicznej obróbki odpadów, z reaktorem wytlewnym do przekształcania odpadów w gaz wytlewny i w stałą pozostałość wytlewną. Komora grzewcza jest pozioma, obrotowa względem osi wzdłużnej i stanowi bęben wytlewny odpadków. Wyposażona jest w umieszczone w jej wnętrzu usytuowane w przybliżeniu równolegle względem siebie rury grzejne, przez które przepływa gaz opałowy. Wzdłużna oś komory wytlewnej jest nachylona do poziomu.

Z polskiego opisu patentowego nr 179937 znany jest sposób i urzą dzenie do zgazowania drewna na drodze spalania. Sposób polega na redukcji i generacji gazów i spalaniu węgla drzewnego w zamknię tym cyklu procesu. Sposób polega na poddawaniu mokrych odpadów drewna 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. Tworzy się złoże węgla drzewnego. W drugim etapie złoże węgla drzewnego dopala się w temperaturze do 1050°C w silnym strumieniu powietrza.

Urządzenie wyposażone jest w prostopadłościenną komorę spalania drewna, w zespoły podawania drewna i odprowadzania odpadu spalania, instalację odprowadzającą gaz energetyczny i doprowadzającą powietrze. Urządzenie posiada umieszczoną na ramie nośnej prostopadłościenną komorę spalania, od góry zamkniętą stropem, w którym znajduje się śluza dozująca. U dołu znajduje się zsyp opadowy utworzony z płaszcza wewnętrznego i płaszcza zewnętrznego, pomiędzy którymi utworzona jest przestrzeń z umieszczonymi przegrodami do kierowania przepływem doprowadzanego powietrza do chłodzenia zsypu. W płaszczu wewnętrznym zsypu są osadzone dysze dozujące powietrze do komory. Zsyp zaopatrzony jest w transporter ślimakowy współdziałający z osadnikiem wodnym.

Znane są piece do wytwarzania węgla drzewnego oparte na konstrukcji pieca Herreshoffa, mające postać pionowo usytuowanej cylindrycznej retorty wielopółkowej, wyposażonej w mieszadło napędzane z centralnie napędzanego wału. Zgodnie z polskim opisem patentowym nr 102394 retorta jest podzielona na strefę suszenia, strefę wytlewania i strefę chłodzenia. Każda z trzech stref jest podzielona poziomymi przegrodami w postaci półek, na co najmniej dwie komory. Poszczególne półki międzykomorowe są zaopatrzone w otwory przesypowe rozmieszczone na obwodzie w pobliżu płaszcza retorty. Półki międzystrefowe są wyposażone w szczelnie zamykane komory śluzowe, usytuowane w pobliżu wału mieszadła. Wstępnie podsuszony surowiec jest podawany do pieca od góry, następnie przegarniany ramionami mieszadła przemieszczany jest w kierunku punktów przesypowych. Przepływ surowca kolejno na coraz niżej położone półki odbywa się grawitacyjnie. Poszczególne komory pieca są ogrzewane przeponowo i bezprzeponowo. Do ogrzewania wykorzystuje się ciepło ze spalania produktów gazowych, powstających w procesie termicznego rozkładu odpadów drewnianych. Piece te mają skomplikowaną konstrukcję oraz złożony i niepewny system transportu odpadów wewnątrz urządzenia.

Do wytwarzania węgla drzewnego stosowane są również urządzenia fluidyzacyjne. Ciepło potrzebne do odgazowania odpadów drzewnych pochodzi ze spalania części lotnych powstających w procesie zgazowania, oraz ze spalania pewnej iloś ci odpadów. Ujemną stroną tych urzą dzeń jest, to, że powodują wzrost ilości popiołu w węglu drzewnym, pogarszając jego jakość. Znane urządzenia fluidyzacyjne nie zapewniają jednorodnej fluidyzacji w całej objętości warstwy, co utrudnia uzyskanie jednorodności wytwarzanego węgla drzewnego.

Z opisu patentowego polskiego nr 163747 znany jest poziomy piec do wytwarzania rozdrobnionego węgla drzewnego z drobnych odpadów drzewnych. Piec ten zawiera cylindryczną retortę połączoną z jednej strony z koszem zasypowym odpadów drzewnych, z drugiej strony z wylotowym króćcem węgla drzewnego. Cylindryczna retorta jest poziomo usytuowana i współosiowo umieszczona wewnątrz cylindrycznej komory spalania. Komora spalania wyposażona jest w wylotowy króciec spalin oraz palnik gazowy osadzony w ścianie komory spalania. Wewnątrz retorty jest osadzony współosioPL 207 596 B1 wo ślimak przenośnika. W górnej części początkowego i końcowego odcinka poziomej retorty są wykonane otwory przykryte kolektorami połączonymi z rurociągami. Kolektor w początkowym odcinku retorty jest połączony z rurociągiem odprowadzającym do otoczenia parę wodną powstającą w tej części retorty. Kolektor w końcowym odcinku retorty jest połączony z rurociągiem odprowadzającym gaz palny powstający w retorcie, na zewnątrz pieca. Część tego gazu jest podawana wraz z powietrzem do palnika gazowego osadzonego w ś cianie komory spalania. Spaliny ze spalania omywają ściany retorty i uchodzą na zewnątrz urządzenia przez króciec w ścianie komory spalania. Pod wpływem ciepła spalin następuje odgazowanie odpadów drzewnych i tworzenie się węgla drzewnego, a takż e wysokokalorycznego gazu.

Z polskiego zgłoszenia wynalazku nr P-341437 znany jest sposób i urządzenie do utylizacji stałych materiałów odpadowych jak zanieczyszczone biomasy, stałe odpady miejskie, w wyniku ich spalania, gdzie materiały odpadowe są przetwarzane na zsyntezowany gaz w wyniku gazyfikacji we współbieżnym gazogenie. Z części materiału odpadowego po jego spaleniu, lecz przed gazyfikacją oddziela się i usuwa żużel. Oczyszczanie żużla zachodzi w wyniku całkowitego spalania. Obrobiony 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. Urządzenie składa się z pionowego współbieżnego gazogenu, z urządzenia do oddzielania i usuwania żużla i z komory oczyszczającej żużel z zawartego w nim obrabianego materiału odpadowego. Żużel jest gromadzony w zbiorniku magazynującym.

Sposób waloryzacji w tym autotermicznej stałych paliw, w tym odpadowych, biomasy, zwłaszcza dla czystej produkcji energii elektrycznej i ciepła, węgla aktywnego oraz gazów według wynalazku charakteryzuje się tym, że rozdrobnione stałe paliwo i/lub paliwo odpadowe i/lub biomasę wprowadza się wewnętrzną częścią retorty ślimakiem przenośnika ślimakowego wychodzącym ze zbiornika zasypowego świeżego paliwa i/lub świeżej mieszanki stałych paliw i/lub paliw odpadowych i/lub biomasy, do ogrzewanej dwustronnie retorty, gdzie poddaje się przy ciągłym mieszaniu z przemieszczaniem się wzdłuż retorty dwustronnemu ogrzewaniu i suszeniu gorącymi gazami wprowadzanymi króćcem wlotowym i wydostającymi się z retorty do zewnętrznej i wewnętrznej części komory spalania oraz spalinami wyprowadzanymi osiowo centrycznie środkiem reaktora z wewnętrznej części komory spalania, lub suszeniu i procesowi karbonizacji z wydzielaniem do komory spalania gazów spalanych w jej częściach zewnętrznej i wewnętrznej w przepływie zawirowanym, a następnie waloryzowane paliwo przemieszcza się przy ciągłym mieszaniu w odwrotną stronę retorty ślimakiem nawiniętym na zewnętrznej powierzchni rury przenośnika ślimakowego i wyprowadza wysuszone lub wysuszone i uwęglone paliwo króćcem poza reaktor. Gazy lub spaliny wyprowadza się z reaktora osiowo centrycznie powyżej wewnętrznej części komory paleniskowej.

Urządzenie do waloryzacji w tym autotermicznej stałych paliw, w tym odpadowych, biomasy, zwłaszcza dla czystej produkcji energii elektrycznej i ciepła, węgla aktywnego oraz gazów, zawierające reaktor z cylindryczną retortą z umieszczonym wewnątrz przenośnikiem ślimakowym połączonym ze zbiornikiem zasypowym paliwa, z wentylatorem powietrza do spalania, z króćcem wylotowym spalin lub gazów, współpracujący ze zbiornikami stałych paliw, urządzeniami do rozdrabniania i segregacji, zasobnikami świeżej mieszanki według wynalazku zawiera reaktor z ogrzewaną dwustronnie retortą w kształcie cylindrycznych zabudowanych współosiowo dwu rur o różnych średnicach, posiadających na całym obwodzie i na całej długości wzdłuż komory spalania otwory skierowane w stronę zewnętrznej i wewnętrznej części komory spalania, z umieszczonym wewnątrz retorty centrycznie przenośnikiem ślimakowym w kształcie zabudowanej centrycznie współosiowo rury z nawiniętymi ślimakami o przeciwnych kierunkach pracy rozmieszczonymi na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni tej rury, przemieszczającymi surowe paliwo lub mieszankę ślimakiem po wewnętrznej powierzchni rury przenośnika ślimakowego do końca retorty, a następnie waloryzowane paliwo ślimakiem po zewnętrznej powierzchni rury w stronę powrotną w retorcie, aż do wyprowadzenia króćcem wysuszonego lub wysuszonego i uwęglonego paliwa, gdzie retorta dzieli komorę spalania na część zewnętrzną i część wewnętrzną, z wentylatorem powietrza i palnikiem rozpałkowym lub króćcem wlotowym gorących gazów zabudowanymi w górnej części reaktora po stronie przeciwnej niż króciec wyprowadzenia wysuszonego lub wysuszonego i uwęglonego paliwa oraz z króćcem wylotowym gazów lub spalin zabudowanym osiowo w reaktorze wychodzącym z wewnętrznej części komory spalania.

Retorta w końcowej części jest zamknięta. Ślimak rozmieszczony na wewnętrznej powierzchni rury przenośnika ślimakowego rozpoczyna się w zbiorniku zasypowym zgarniaczem paliwa, posiada skok ślimaka nie większy niż średnica rury przenośnika ślimakowego oraz kończy się w dolnej części

PL 207 596 B1 retorty pół zwoju wcześniej. Ślimak rozmieszczony na zewnętrznej powierzchni rury przenośnika ślimakowego rozpoczyna się w dolnej części retorty stykając się z dnem retorty, posiada przeciwny kierunek pracy niż ślimak rozmieszczony na wewnętrznej powierzchni tej samej rury przenośnika ślimakowego, zgarnia paliwo z dna retorty transportując go do góry oraz zawiera zmniejszający się skok w stronę króćca wylotowego. W górnej części tego ś limaka umieszczone jest wyprowadzenie króćca wysuszonego lub wysuszonego i uwęglonego paliwa.

Sposób i urządzenie według wynalazku są przeznaczone do wstępnej obróbki stałych paliw, w tym także o wysokim stopniu wilgotności jak węgiel brunatny, a także paliw odpadowych, biomasy, mieszanin paliw odpadowych i/lub biomasy, przed podaniem ich do komory spalania urządzeń energetycznych w celu uzyskania energii elektrycznej i ciepła, a także w celu uzyskiwania węgla aktywnego. Pionowe usytuowanie retorty jest szczególnie korzystne w przypadku adaptacji do istniejącej już instalacji.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają bez zwiększenia gabarytów urządzenia, przy tej samej powierzchni grzewczej, uzyskiwanie zdwojonej ilości przekazywanego ciepła od gorących gazów do wprowadzanego do retorty paliwa, ze względu na jej dwustronne ogrzewanie, zwiększając wydajność urządzenia. Urządzenie według wynalazku charakteryzuje wysoki stopień integracji.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają tworzenie sieci zakładów wyposażonych w instalacje do przygotowania wstępnego paliw stałych i gazowych ze stałych produktów, w tym odpadowych, zawilgoconych, biomasy, poddawanych bądź segregacji bądź z ich mieszanin, dostępnych w danym zasięgu na danym terenie w odległości najkorzystniej uzasadnionej ekonomicznie, to jest 50-80 km.

Umożliwiają produkcję czystej energii elektrycznej i ciepła również z produktów biodegradowalnych jak odpady komunalne, odpady przemysłowe. Gaz otrzymywany w reaktorze w wyniku spalania z niedomiarem powietrza moż e stanowić dodatkowe ź ródł o paliwa wprowadzanego do urzą dzeń odbierających jak do komory spalania kotłów rusztowych lub pyłowych lub fluidalnych. Umożliwiają uzyskiwanie paliwa wysoko uwęglonego, wolnego ze szkodliwych składników i z niską zawartością popiołu, w tym węgla aktywnego wykorzystywanego do różnych procesów przemysłowych.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia przekrój pionowy przez urządzenie do waloryzacji w tym autotermicznej stałych paliw, fig. 2 - przekrój poprzeczny A-A przez urządzenie zgodnie z fig. 1.

Urządzenie do waloryzacji w tym autotermicznej stałych paliw, w tym odpadowych, biomasy oraz ich mieszanin, jak przedstawiono na fig. 1 i fig. 2, zawiera pionowy reaktor 1 z pionową ogrzewaną dwustronnie retortą 2 dzielącą komorę spalania 3 na część zewnętrzną 4 i część wewnętrzną 5 w kształcie cylindrycznych zabudowanych współosiowo rur 6 o średnicy D₂ i 7 o średnicy D₂ posiadających na całym obwodzie i na całej długości wzdłuż komory spalania 3 otwory 8 skierowane w stronę zewnętrznej części 4 i wewnętrznej części 5 komory spalania 3. Pionowy reaktor 1 posiada wewnątrz retorty 2 centrycznie umieszczony przenośnik ślimakowy 9 w kształcie zabudowanej centrycznie współosiowo rury 10 z nawiniętymi ślimakami 11, i 12 rozmieszonymi na zewnętrznej powierzchni i wewnętrznej powierzchni rury 10. Ślimaki 12 i 11 pracują w odwrotnych kierunkach. Ślimak 12 przemieszcza surowe paliwo lub mieszankę po wewnętrznej powierzchni rury 10 w dół do końca retorty 2, a następnie waloryzowane paliwo ślimakiem 11 jest przesuwane po zewnętrznej powierzchni rury 10 w stronę powrotną w retorcie 2 aż do wyprowadzenia króćcem 13.

Ślimak 12 rozmieszczony na wewnętrznej powierzchni rury 10 przenośnika ślimakowego 9 rozpoczyna się w zbiorniku zasypowym 14 zgarniaczem paliwa 15, posiada skok ślimaka nie większy niż średnica D3 rury 10 oraz kończy się w dolnej części retorty pół zwoju wcześniej.

Ślimak 11 rozmieszczony na zewnętrznej powierzchni rury 10 przenośnika ślimakowego 9 rozpoczyna się w dolnej części retorty 2 stykając się z dnem retorty 2, posiada przeciwny kierunek pracy niż ślimak 12 rozmieszczony na wewnętrznej powierzchni tej samej rury 10, zgarnia paliwo z dna retorty 2 i transportuje go do góry. Zawiera zmniejszający się skok w stronę króćca wylotowego 13. W górnej części ślimaka 11 umieszczone jest wyprowadzenie króćca wylotowego 13, którym wprowadzane jest z reaktora 1 wysuszone lub wysuszone i uwęglone paliwo. Reaktor 1 zawiera króciec wylotowy 16 gazów lub spalin zabudowany osiowo, wychodzący z wewnętrznej części 5 komory spalania 3. Reaktor 1 posiada wentylator powietrza 17 oraz palnik rozpałkowy lub króciec wlotowy 19 gorących gazów, zabudowane w ścianie 18 w górnej części reaktora 1 po stronie przeciwnej niż króciec 13 wyprowadzenia wysuszonego lub wysuszonego i uwęglonego paliwa.

PL 207 596 B1

Stałe paliwo, jak zawierający większy stopień wilgotności węgiel brunatny lub paliwo odpadowe lub biomasę lub mieszankę stałego paliwa w tym odpadowego i/lub biomasy poddaje się segregacji oraz rozdrobnieniu i podaje się do zbiornika zasypowego 14 świeżego paliwa w górnej części reaktora 1.

Rozdrobnione stałe paliwo i/lub paliwo odpadowe i/lub biomasę wprowadza się zgarniaczem 15 ze zbiornika zasypowego 14 i ślimakiem 12 do wewnętrznej części ogrzewanej dwustronnie retorty 2, gdzie podaje sieje przy ciągłym mieszaniu z przemieszczaniem w dół wzdłuż retorty 2 dwustronnemu ogrzewaniu i suszeniu gorącymi gazami wprowadzanymi króćcem 19 i wydostającymi się z retorty 2 do zewnętrznej części 4 i wewnętrznej części 5 komory spalania 3 oraz spalinami wyprowadzanymi osiowo centrycznie środkiem reaktora 1 z wewnętrznej części 5 komory spalania 3, lub suszeniu i procesowi karbonizacji z wydzielaniem do komory spalania 3 gazów spalanych w części zewnętrznej 4 i części wewnętrznej 5 w przepływie zawirowanym. Waloryzowane paliwo następnie jest zabierane z dołu retorty 2 ślimakiem 11 i przemieszczane przy ciągłym mieszaniu w odwrotną stronę retorty 2, w górę reaktora 1 i wyprowadzane z reaktora 1 j ako paliwo wysuszone lub wysuszone i uwęglone króćcem wylotowym 13.

Gazy lub spaliny wyprowadza się z reaktora 1 osiowo centrycznie powyżej wewnętrznej części 5 komory spalania 3 króćcem wylotowym 16.

Claims (6)

1. Sposób waloryzacji, w tym autotermicznej stałych paliw, w tym odpadowych, biomasy, zwłaszcza dla czystej produkcji energii elektrycznej i ciepła, węgla aktywnego oraz gazów, znamienny tym, że rozdrobnione stałe paliwo i/lub paliwo odpadowe i/lub biomasę wprowadza się wewnętrzną częścią retorty (2) ślimakiem (12) przenośnika ślimakowego (9) wychodzącym ze zbiornika zasypowego (14) świeżego paliwa i/lub świeżej mieszanki stałych paliw i/lub paliw odpadowych i/lub biomasy, do ogrzewanej dwustronnie retorty (2), gdzie poddaje się przy ciągłym mieszaniu z przemieszczaniem się wzdłuż retorty (2) dwustronnemu ogrzewaniu i suszeniu gorącymi gazami wprowadzanymi króćcem wlotowym (19) i wydostającymi się z retorty (2) do zewnętrznej części (4) i wewnętrznej części (5) komory spalania (3), lub suszeniu i procesowi karbonizacji, z wydzielaniem do komory spalania (3) gazów spalanych w części zewnętrznej (4) i części wewnętrznej (5) w przepływie zawirowanym, a następnie waloryzowane paliwo przemieszcza się przy ciągłym mieszaniu w odwrotną stronę retorty (2) ślimakiem (11) nawiniętym na zewnętrzną powierzchnię rury (10) przenośnika ślimakowego (9) i wyprowadza wysuszone lub wysuszone i uwęglone paliwo króćcem (13) poza reaktor (1), a gazy lub spaliny wyprowadza się z reaktora (1) osiowo centrycznie powyżej wewnętrznej części (5) komory spalania (3) króćcem wylotowym (16)

2. Urządzenie do waloryzacji w tym autotermicznej stałych paliw, w tym odpadowych, biomasy, zwłaszcza dla czystej produkcji energii elektrycznej i ciepła, węgla aktywnego oraz gazów zawierające reaktor z cylindryczną retortą z umieszczonym wewnątrz przenośnikiem ślimakowym połączonym ze zbiornikiem zasypowym paliwa, z wentylatorem powietrza do spalania, z króćcem wylotowym spalin lub gazów, współpracujący ze zbiornikami stałych paliw, urządzeniami do rozdrabniania i segregacji, zasobnikami świeżej mieszanki, znamienne tym, że zawiera reaktor (1) z ogrzewaną dwustronnie retortą (2) w kształcie cylindrycznych zabudowanych współosiowo rur (6) i (7) o średnicach (Dj), (D₂) posiadających na cały obwodzie i na całej długości wzdłuż komory spalania (3) otwory (8) skierowane w stronę zewnętrznej części (4) i wewnętrznej części (5) komory spalania (3), z umieszczonym wewnątrz retorty (2) centrycznie przenośnikiem ślimakowym (9) w kształcie zabudowanej centrycznie współśrodkowo rury (10), z nawiniętymi ślimakami (11), (12) o przeciwnych kierunkach pracy, rozmieszczonymi na zewnętrznej powierzchni i wewnętrznej powierzchni rury (10) przemieszczającymi surowe paliwo lub mieszankę ślimakiem (12) po wewnętrznej powierzchni rury (10) retorty (2) do końca a następnie waloryzowane paliwo ślimakiem (11) po zewnętrznej powierzchni rury (10) w stronę powrotną w retorcie (2) aż do wyprowadzenia króćcem (13) wysuszonego paliwa lub wysuszonego i uwęglonego paliwa, gdzie retorta (2) dzieli komorę spalania (3) na część zewnętrzną (4) i część wewnętrzną (5), z wentylatorem powietrza (17) i palnikiem rozpałkowym lub króćcem wlotowym (19) gorących gazów zabudowanymi w górnej części reaktora (1) po stronie przeciwnej niż króciec (13) wyprowadzenia wysuszonego lub wysuszonego i uwęglonego paliwa oraz z króćcem wylotowym (16) gazów lub spalin zabudowanym osiowo w reaktorze (1) wychodzącym z wewnętrznej części (5) komory spalania (3).

PL 207 596 B1

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że retorta (2) jest w końcowej części zamknięta.

4. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że ślimak (12) rozmieszczony na wewnętrznej powierzchni rury (10) przenośnika ślimakowego (9) rozpoczyna się w zbiorniku zasypowym (14) zgarniaczem paliwa (15), posiada skok ślimaka nie większy niż średnica (D_s) rury (10) oraz kończy się w dolnej części retorty (2) pół zwoju wcześniej.

5. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że ślimak (11) rozmieszczony na zewnętrznej powierzchni rury (10) przenośnika ślimakowego (9) rozpoczyna się w dolnej części retorty (2) stykając się z dnem retorty (2), posiada przeciwny kierunek pracy niż ślimak (12) rozmieszczony na wewnętrznej powierzchni tej samej rury (10), zgarnia paliwo z dna retorty (2) transportując go do góry oraz zawiera zmniejszający się skok w stronę króćca (13).

6. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że w górnej części ślimaka (11) umieszczone jest wyprowadzenie króćca (13) wysuszonego lub wysuszonego i uwęglonego paliwa.