PL210283B1 - Sposób i instalacja termicznego spalania odpadów organicznych i nieorganicznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i instalacja termicznego spalania odpadów organicznych i nieorganicznych, zwł aszcza odpadów komunalnych, szpitalnych, toksycznych odpadów chemicznych, metali ciężkich, popiołów lotnych ze spalarni, włókien azbestowych i odpadów przemysłowych.

Znane są rozwiązania konstrukcyjne urządzeń i instalacji do spalania i termicznej utylizacji odpadów organicznych, między innymi urządzenie według zgłoszenia wynalazku P. 362586. W urządzeniu tym odpady organiczne wprowadza się do komory obrotowej pieca zespolonego i w czasie obrotów tej komory odpady rozdrabnia się, nagrzewa, suszy i poddaje się pirolizie poprzez obróbkę termiczną przy spalaniu paliwa ciekłego w temperaturze powyżej 1000°C. Ze spalania i pirolizy odpadów wytwarzający się gaz pirolityczny po zmieszaniu z powietrzem wtórnym, jako palna mieszanka gazowa spala się w komorze wylotowej, natomiast wytwarzający się karbonizat pod wpływem sił ciężkości i obrotów komory obrotowej zsypuje się do paleniska fluidalnego, w którym ulega całkowitemu spaleniu, przy czym palna mieszanka gazowa i karbonizat zapalają się od płomienia zapłonowego w górnej części komory wylotowej. Według opisu wynalazku w zgłoszeniu P. 372523 sposób i instalacja termicznej utylizacji toksycznych produktów odpadowych polega na tym, że przed rozpoczęciem termicznej utylizacji przeprowadza się proces termicznej destrukcji wstępnie przygotowanego wsadu, w wyniku, którego wydzielają się tłuszcze, opary oraz mączka mięsno-kostna, które podaje się do obrotowej komory, w której przeprowadza się proces suszenia i pirolizy oraz spalanie tłuszczu zwierzęcego z oparami. W procesie spalania wytwarza się gaz pirolityczny wysokokaloryczny, który spala się w fluidalnej komorze spalania.

Sposób termicznego spalania odpadów organicznych i nieorganicznych zwłaszcza toksycznych odpadów chemicznych i przemysłowych, metali ciężkich, popiołów lotnych i popiołów ze spalarni, wszelkich produktów azbestowych, odpadów komunalnych, w tym toksycznych osadów i odpadów z oczyszczalni ś cieków obejmują cy wstę pny proces przygotowania wsadu przez segregację odpadów, oddzielenie skalnych i ceramicznych odpadów oraz produktów odpadkowych ze szkła i metali, a także poprzez rozdrobnienie i zważenie za pomocą wagoprzenośnika taśmowego, charakteryzuje się tym, że przygotowany wsad wprowadza się do obrotowej komory spalania, w której wsad suszy się i odgazowuje poprzez spalanie gazu ziemnego w czasie rozruchu instalacji a po osiągnięciu parametrów eksploatacyjnych instalację przestawia się na spalanie gazu syntezowego z wykorzystaniem gorącego powietrza i energii elektrycznej pochodzącej z generatora prądowego uruchamianego turbiną parową lub silnikiem tłokowym Spillinga, zasilanym parą wodą wytworzoną w fluidalnej komorze spalania i w kotle odzysknicowym. Do spalanych odpadów zawierających siarkę w ilości powyżej 0,3% wprowadza się do obrotowej komory spalania tlenek wapnia CaO, który częściowo ulega termicznemu rozkładowi do postaci lotnej, reagujący z lotnymi tlenkami siarki, natomiast tlenek wapnia CaO w postaci stałej wraz z karbonizatem wprowadza się do złoża fluidalnego w fluidalnej komorze spalania. Powietrze niezbędne do całkowitego i zupełnego spalania odpadów podaje się do kilku stref spalania, w tym do obrotowej komory spalania doprowadza się powietrze w ilości do 0,2 powietrza stechiometrycznego, do fluidalnej komory spalania gazów pirolitycznych wprowadza się w ilości od 0,3 do 0,7 ilości powietrza stechiometrycznego, do spalania karbonizatu w złożu fluidalnym w ilości od 0,1 do 0,4 powietrza stechiometrycznego oraz do dopalania gazów palnych i lotnego koksiku w komorze spalania kotła odzysknicowego od 0,1 do 0,4 stechiometrycznej ilości powietrza do spalania. Tworzy się wsad w postaci pulpy wodnej z popioł ów pochodzą cych ze zł o ż a fluidalnego w fluidalnej komorze spalania, z komory spalania kotł a odzysknicowego i odpylaczy, a przygotowany wsad spala si ę w temperaturze

4000°C + 5000°C w reaktorze plazmowym z udziałem katalizatora korzystnie w postaci koksu metalurgicznego w ilości od 1 do 5% masy podawanego popiołu do reaktora oraz z udziałem topnika w postaci tlenku wapnia CaO lub tlenku krzemu SiO2 w ilości od 0,2 do 1,2% masy podawanego popiołu, natomiast substancje mineralne z procesów spalania doprowadza się stosując temperaturę z zakresu 4000°C + 5000°C do otrzymania płynnej lawy w postaci płynnego żużla, z którego poprzez plazmową witryfikację otrzymuje się zgranulowane kruszywo o własnościach zbliżonych do skały bazaltowej, jako materiał drogowy i budowlany.

Instalacja termicznego spalania odpadów organicznych i nieorganicznych zawierająca składowisko odpadów, stanowisko sortowania odpadów, urządzenia rozdrabniające niektóre niejednorodne odpady oraz urządzenie w postaci wagoprzenośnika taśmowego do ważenia przygotowanego wsadu, charakteryzuje się tym, że zawiera obrotową komorę spalania i fluidalną komorę spalania zamkniętą od spodu złożem fluidalnym, kocioł odzysknicowy, odpylacz spalin, baterie katalizatorów, reaktor plazmowy,

PL 210 283 B1 wymiennik ciepła schładzający gaz syntezowy, turbinę parową lub silnik tłokowy Spillinga napędzający generator prądowy oraz zespół wentylatorów podmuchowych tłoczących powietrze do wymiennika ciepła i do skrzyni powietrza fluidalnego, a także wentylator wyciągowy tłoczący spaliny do komina. Instalacja jest wyposażona w aparaturę kontrolno-pomiarowa umieszczoną w kanale spalin bezpośrednio na wylocie z kotła odzysknicowego przed odpylaczem spalin, określającą skład chemiczny i parametry termodynamiczne spalin oraz jest wyposażona w aparaturę kontrolno-pomiarowa umieszczoną w kanale spalin przed wlotem do komina określającą skład chemiczny i parametry termodynamiczne spalin odprowadzanych przez komin do atmosfery.

Zastosowane wysokotemperaturowe procesy spalania odpadów według wynalazku zapewniają optymalne rozwiązania problemów stwarzanych przez odpady powstające w gospodarce komunalnej, spożywczej, rolniczej i przemysłowej, a szczególnie problemów stwarzanych przez odpady toksyczne i niebezpieczne. Procesy spalania odpadów są jednocześnie zintegrowane z procesem wytwarzania energii elektrycznej i plazmowej obróbki popiołów. W wyniku zastosowanych procesów powstaje czysta energia ze źródeł odnawialnych i produkt stały w postaci zeszklonego żużla o własnościach zbliżonych do skały bazaltowej, przy czym zgranulowany żużel stanowi pożądany materiał drogowy i budowlany. Zastosowana instalacja zapewnia przetwarzanie odpadów jednorodnych fizycznie i/lub przetwarzanie mieszaniny różnorodnych odpadów w dowolnych proporcjach o maksymalnej wilgotności do 90% przy średniej wilgotności kierowanej do spalania mieszaniny do 60%. Proces przetwarzania odpadów i utylizacji odpadów toksycznych jest bezpieczny dla środowiska, ponieważ nie prowadzi do powstania jakichkolwiek niepożądanych pozostałości w postaci gazowej, płynnej lub stałej.

Przedmiot wynalazku jest dodatkowo objaśniony za pomocą rysunku, na którym jest przedstawiony schemat instalacji i termicznego przetwarzania odpadów organicznych i nieorganicznych.

Proces przygotowania wsadu do spalania odpadów obejmuje składowiska 1 z których niektóre odpady są transportowane do stanowisk sortowania 2 celem dokonania segregacji i wyodrębnienia skalnych i ceramicznych produktów odpadowych gromadzonych w zasobnikach 3 oraz oddzielenia produktów ze szkła, metali, tworzyw sztucznych i innych produktów odpadowych nadających się do recyklingu przekazywanych do zasobników 4. W następnej kolejności mieszaninę odpadów palnych o wilgotności dochodzącej do 60% i o różnych wymiarach geometrycznych kieruje się do urządzenia rozdrabniającego 5. Rozdrobniona mieszanina o wymiarach poniżej 150 mm jest przekazywana przenośnikami taśmowymi lub zgrzebłowymi na wagoprzenośnik taśmowy 6 mierzący wsad kierowany do obrotowej komory spalania 7 w której prowadzi się proces suszenia i szybkiej pirolizy w temperaturze 850°C jeżeli ilość chloru w odpadach jest mniejsza od 1%) i w temperaturze 1100°C jeżeli ilość chloru jest większa od 1%, a także w temperaturze 1100°C są utylizowane termicznie odpady szpitalne kierowane do komory 7 odrębnym przenośnikiem 8 i zasypem 8a. Obrotowa komora 7 w której odbywa się proces suszenia, szybkiej pirolizy i utylizacji jest nagrzewana palnikiem 9 zasilanym gazem ziemnym poprzez przewód 10 w czasie rozruchu urządzeń spalających, a po osiągnięciu założonych parametrów spalania zasilanie palnika 9 zostaje przełączone na spalanie gazu syntezowego-wodorowego poprzez przewód 11, wytworzonego z syntezy wody w komorze reaktora plazmowego 12. Powietrze do palnika 9 jest podawane z otoczenia przez wentylator 13 lub zamiennie z wymiennika ciepła 14 do którego powietrze z otoczenia jest tłoczone przez wentylator 15. Przy stwierdzeniu na podstawie pomiarów występowania w odpadach siarki w ilości powyżej 0,3%) do obrotowej komory 7 wprowadza się zasypem 16 tlenek wapnia CaO, który w komorze 7 ulega rozkładowi i staje się reagentem gazowym dla tlenków siarki w fazie gazowej i reagentem dla siarki w fazie stałej w karbonizacie. Wytworzone gazy pirolityczne z komory 7 są kierowane do fluidalnej komory spalania 17 i są spalane całkowicie lub częściowo w temperaturze od 1100°C do 1600°C w górnej części 17a komory 17 palnikiem 17b przy udziale powietrza ze skrzyni powietrza 17c. Wytworzone ciepło w komorze 7 jest odbierane przez rurowe powierzchnie ogrzewalne, z których jest zbudowana fluidalna komora spalania 17. Karbonizat, popiół i częściowo nierozłożony wapień z obrotowej komory 7 przesypują się do złoża fluidalnego 17d, do którego jest doprowadzone powietrze fluidyzacyjne ze skrzyni powietrza 17e i są spalane w złożu fluidalnym 17d w temperaturze od 950°C do 1200°C. Powietrze fluidyzacyjne do skrzyni powietrza 17e jest doprowadzone z otoczenia przez wentylator 28 lub jako powietrze gorące tłoczone z wymiennika ciepła 14 przez wentylator 15. Zapłon gazów pirolitycznych w górnej części 17a komory 17 odbywa się za pomocą palnika 17b zasilanego gazem syntezowym z reaktora plazmowego 12 lub gazem pochodzącym z sieci. Zasilanie palnika 17b powietrzem zimnym odbywa się przez wentylator podmuchowy 13 lub powietrzem gorącym z wymiennika ciepła 14 przez wentylator 15. Powstałe gazy w fluidalnej komorze spalania 17 pochodzące zarówno ze spalania gazów pirolitycznych jak i karbonizatu odprowadzane

PL 210 283 B1 są do kotła odzysknicowego 18 w którym ulegają dopaleniu od płomienia palnika zapłonowego 18a jeżeli w spalinach znajdują się gazy palne i/lub koksik karbonizatu. Na wylocie z kotła 18 pobierane są próbki spalin przez aparaturę kontrolno-pomiarowa 19, która dokonuje pomiarów ilości i składu części stałych w spalinach oraz składu chemicznego tych spalin, które są tłoczone do odpylacza spalin 22 i na baterie katalizatorów 23 przez wentylator 24 jeśli pomiary wykażą w spalinach występowanie szkodliwych związków chloru, fluoru, siarki, tlenków węgla, wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych oraz par metali ciężkich i alkalicznych. Po przejściu przez baterie katalizatorów 23 spaliny są przez wentylator wyciągowy 24 tłoczone do komina 25. Przed wlotem spalin do komina jest pobierana próbka gazów przez aparaturę kontrolno-pomiarowa 26 monitorującą skład spalin opuszczających instalację termicznego przekształcania odpadów. Palnik zapłonowy 18a jest zasilany gazem syntezowym z reaktora plazmowego 12 lub gazem z sieci, natomiast powietrze do spalania jest poprzez skrzynię powietrza 18b doprowadzone jako gorące z wymiennika 14 przez wentylator 15 lub powietrze z otoczenia kierowane z wentylatora 13. Powietrze niezbędne do całkowitego i zupełnego spalania odpadów jest podawane do kilku stref spalania w tym do obrotowej komory spalania 7 w ilości do 0,2 powietrza stechiometrycznego, do fluidalnej komory spalania 17 gazów pirolitycznych w ilości od 0,3 do 0,7 ilości powietrza stechiometrycznego, do spalania karbonizatu w złożu fluidalnym 17d w ilości od 0,1 do 0,4 powietrza stechiometrycznego, oraz do dopalania gazów palnych i lotnego koksiku w komorze spalania kotła odzysknicowego 18 w ilości od 0,1 do 0,4 stechiometrycznej ilości powierza do spalania. Para wodna wytworzona w kotle 18 przez wytwornicę jest kierowana do silnika tłokowego Spillinga 20, napędzającego generator prądotwórczy 21, a przepracowana para wodna z tego silnika lub z turbiny parowej jest podawana do wymiennika ciepła 20a podgrzewającego wodę do dalszego wykorzystania. Substancje mineralne ze spalanych odpadów w postaci popiołu ze złoża fluidalnego 17d, z kotła odzysknicowego 18 i z odpylacza 22 są przez leje zsypowe 17f, 18c, 22a podawane w postaci pulpy wodno-popiołowej zespołem hydrotransportowym do reaktora plazmowego 12 przez zasyp 12a, do którego jest dodatkowo podawany topnik w postaci tlenku wapnia oraz katalizator w postaci koksu węglowego z zasobników 12b zasypem 12c. Elektrody 12d reaktora plazmowego 12 są zasilane prądem z generatora prądowego 21 przynależnego do zastrzeganej instalacji lub są zasilane prądem z zewnętrznej sieci energetycznej. Woda wprowadzana w postaci pulpy wodno-popiołowej wraz z katalizatorem i topnikiem do komory gazyfikacyjnej reaktora plazmowego w temperaturze rzędu 4000 τ 5000°C wytworzonej przez palniki plazmowe ulega rozpadowi na cząsteczkę wodoru H₂ i atom tlenu O. Wysoka temperatura powoduje całkowity i nieodwracalny rozpad struktur molekularnych na cząsteczki chemiczne, a w wyniku rozpadu cząsteczki H2O na H2 i 1/2O2 powstaje gaz syntezowy składający się z cząsteczki H2, CO, powstający w wyniku reakcji cząsteczki tlenu 1/2O2 z atomem węgla C koksu metalurgicznego, przy czym koks metalurgiczny stanowi jednocześnie katalizator, po którym spływa płynna lawa popiołowa oraz stanowi źródło atomów węgla dla procesu częściowego spalania CO. Powstały gaz syntezowy jest gromadzony w zbiorniku 27 i schładzany w wymienniku ciepła 14. Składa się z cząsteczek wodoru H₂, tlenku węgla CO i ma wartość opałową od 18 τ 30 MJ/kg. Materiał nieorganiczny zawarty w popiołach i żużlach wprowadzony do reaktora plazmowego 12 w postaci pulpy wodno-popiołowej zostaje zredukowany do płynnej lawy, która przesącza się przez warstwę katalizatora w postaci koksu metalurgicznego zalegającego na dnie komory reaktora plazmowego 12. Po dotarciu do dna komory płynna lawa w postaci płynnego żużla powstała z popiołów i topników w temperaturze 4000°C τ 5000°C, spływa do instalacji chłodzenia i witryfikacji 12e, i z tej lawy powstaje żużel w postaci zgranulowanej. Żużel zgranulowany, jako kruszywo drogowe i budowlane wykazuje właściwości zbliżone do bazaltu. Prowadzone procesy wysokotemperaturowego przekształcania odpadów i plazmowej witryfikacji substancji mineralnych umożliwiają przetwarzanie dowolnego rodzaju odpadów w tym odpadów komunalnych, szpitalnych, toksycznych, i niebezpiecznych odpadów przemysłowych z wyjątkiem odpadów radioaktywnych, odpadów chemicznych, metali ciężkich, lotnych popiołów i popiołów ze spalarni, włókien azbestowych, odpadów i osadów z oczyszczalni ścieków komunalnych i przemysłowych, wszelkich odpadów organicznych w tym odpadów zwierzęcych.

Claims (7)

1. Sposób termicznego spalania odpadów organicznych i nieorganicznych, zwłaszcza toksycznych odpadów chemicznych i przemysłowych, metali ciężkich, popiołów lotnych i popiołów ze spalarni, wszelkich produktów azbestowych, odpadów komunalnych i toksycznych osadów z oczyszczalni ścieków, obejmujący

PL 210 283 B1 proces przygotowania wsadu przez segregację odpadów i oddzielenie skalnych i ceramicznych odpadów oraz odpadowych produktów ze szkła i metali a także poprzez rozdrobnienie i zważenie za pomocą wagoprzenośnika taśmowego, znamienny tym, że przygotowany wsad wprowadza się do obrotowej komory spalania, w której wsad suszy się i odgazowuje poprzez spalanie gazu ziemnego w czasie rozruchu instalacji i urządzeń spalających, a po osiągnięciu założonych parametrów eksploatacyjnych instalację i urządzenia spalające w tej instalacji przestawia się na spalanie gazu syntezowego z wykorzystaniem gorącego powietrza i energii elektrycznej pochodz ącej z generatora prądowego uruchamianego turbiną parową lub silnikiem tłokowym Spillinga, zasilanym parą wodą wytworzoną w fluidalnej komorze spalania i w kotle odzysknicowym.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do odpadów zawierających siarkę w ilości powyżej 0,3% wprowadza się do obrotowej komory spalania tlenek wapnia CaO, który częściowo ulega termicznemu rozkładowi do postaci lotnej, reagujący z lotnymi tlenkami siarki, natomiast tlenek wapnia CaO w postaci stałej wraz z karbonizatem wprowadza się do złoża fluidalnego w fluidalnej komorze spalania.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powietrze niezbędne do całkowitego i zupełnego spalania odpadów podaje się do kilku stref spalania, w tym do obrotowej komory spalania doprowadza się powietrze w ilości do 0,2 powietrza stechiometrycznego, do fluidalnej komory spalania gazów pirolitycznych wprowadza się w ilości od 0,3 do 0,7 ilości powietrza stechiometrycznego, do spalania karbonizatu w złożu fluidalnym w ilości od 0,1 do 0,4 powietrza stechiometrycznego oraz do dopalania gazów palnych i lotnego koksiku w komorze spalania kotła odzysknicowego od 0,1 do 0,4 stechiometrycznej ilości powietrza do spalania.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzy się wsad w postaci pulpy wodno-popiołowej z popiołów pochodzących ze złoża fluidalnego fluidalnej komory spalania, z komory spalania kotła odzysknicowego i odpylaczy, który to wsad spala się w temperaturze 4000°C 5000°C w reaktorze plazmowym z udziałem katalizatora korzystnie w postaci koksu metalurgicznego w ilości od 1 do 5% masy podawanego popiołu do reaktora oraz z udziałem topnika w postaci tlenku wapnia CaO lub tlenku krzemu SiO2 w ilości od 0,2 do 1,2% masy podawanego popiołu.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że substancje mineralne w popiołach powstałe w procesach spalania odpadów doprowadza się w temperaturze 4000°C 5000°C do otrzymania płynnej lawy w postaci płynnego żużla z którego poprzez witryfikację otrzymuje się zgranulowane kruszywo o własnościach zbliżonych do skały bazaltu jako materiał drogowy i budowlany.

6. Instalacja termicznego spalania odpadów organicznych i nieorganicznych zawierająca składowisko odpadów, stanowiska sortowania odpadów, urządzenia rozdrabniające i urządzenie do ważenia wsadu w postaci wagoprzenośnika taśmowego, znamienna tym, że zawiera obrotową komorę spalania (7) do suszenia i odgazowania odpadów, fluidalną komorę spalania (17) zamkniętą od spodu złożem fluidalnym (17d), kocioł odzysknicowy (18), odpylacz spalin (22), baterie katalizatorów (23), reaktor plazmowy (12), wymiennik ciepła (20a) schładzający gaz syntezowy, turbinę parową lub silnik Spillinga (20) napędzający generator prądowy (21) oraz zespół wentylatorów podmuchowych (15), (28) tłoczących powietrze do wymienników ciepła (14) i do skrzyni powietrza fluidalnego (17e) a także wentylator wyciągowy spalin (24) tłoczący spaliny do komina (25).

7. Instalacja według zastrz. 6, znamienna tym, że jest wyposażona w aparaturę kontrolnopomiarowa (19) umieszczoną w kanale spalin bezpośrednio na wylocie z kotła odzysknicowego (18) a przed odpylaczem spalin (22), określającą skład chemiczny i parametry termodynamiczne spalin oraz aparaturę kontrolno-pomiarowa (26) umieszczoną w kanale spalin przed wlotem do komina (25) określającą skład chemiczny i parametry termodynamiczne spalin odprowadzanych przez komin (25) do atmosfery.