TERMICZNA UTYLIZACJA ODPADÓW ...

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Termiczna utylizacja odpadów zwierzęcych
Do spalania każdego rodzaju paliwa (stałego, ciekłego i gazowego) potrzebny jest inny rodzaj
paleniska i palnika. Paliwa odpadowe w zależności od wielkości gabarytów, w jakich się
znajdują, w zależności od wilgoci i wartości opałowej mogą być spalane na ruszcie
poziomym, pochyłym lub schodkowym niekiedy chłodzonym wodą, a także w palniku
pyłowym. Również sposób dozowania paliwa do komory spalania zależy od wymiarów
geometrycznych paliwa.
W przypadku ziaren o małych rozmiarach i trocin stosuje się dozowniki komórkowe i
ślimakowe oraz transport pneumatyczny. W starszych typach palenisk stosowane jest
dozowanie grawitacyjne z leja zsypowego na ruszt mechaniczny.
Stałe paliwa odpadowe w postaci ziarnistej spalane są w kotłach rusztowych i kotłach
komorowych przy pomocy palników strumieniowych lub mieszanych, zainstalowanych na
ścianie komory paleniska kotła. W kotłach rusztowych palniki mogą pracować samodzielnie
bez wspomagania spaleniem na ruszcie innego paliwa, np. węgla kamiennego. Istnieją
również palniki pyłowe wirowe i strumieniowe, w których spala się paliwo odpadowe w
postaci pyłu, ale spalanie to jest stabilizowane (wspomagane) przez spalanie węgla
kamiennego na ruszcie.
Palniki do spalania ziarnistego paliwa odpadowego mogą być zainstalowane również w
technologicznych piecach muflowych i piecach obrotowych, gdzie spalanie paliwa
odpadowego jest stabilizowane spalaniem podstawowego paliwa gazowego lub ciekłego. W
zależności od mocy palnika na paliwo odpadowe w stosunku do mocy całkowitej uzyskanej w
komorze spalania, w celu uzyskania niskiej emisji tlenków azotu, stosuje się spalanie
ziarnistego paliwa odpadowego płomieniem przylegającym do płomienia paliwa
zasadniczego lub płomieniem, który tworzy się dopiero w środku komory spalania, a po
drodze ziarna paliwa odpadowego ulegają zgazowaniu, co powoduje redukcję tlenków azotu.
Wprowadzenie jednak ziarnistego paliwa odpadowego nad warstwę spalającego się węgla na
ruszcie nie zapewnia wymaganych warunków do utylizacji paliwa odpadowego.
Temperatury panujące nad rusztem są zbyt niskie i nie są wyrównane w całym przekroju
poziomym komory kotła. Najdrobniejsze frakcje rozdrobnionego materiału odpadowego są
wynoszone z komory kotła do powierzchni ogrzewalnych i do lejów zsypowych. W lotnym
popiele i żużlu znajduje się duża ilość nie spalonego paliwa odpadowego.
Gdy strumień spalanych odpadów jest stosunkowo nieduży, a uziarnienie jest tego samego
rzędu, wtedy stosuje się zgazowanie odpadów w pierwszej części komory spalania, a
uzyskany gaz dopala się w drugiej części komory spalania. Istnieje także możliwość
gazyfikacji pyłu w retorcie stacjonarnej i dopalanie w komorze spalania kotła. Niekiedy pył
odpadowy może być zgazowany w retorcie fluidalnej, a otrzymany gaz spalany w palniku
gazowym umieszczonym w komorze kotła. Instalacje te są jednak kłopotliwe ze względu na
wysoką emisję NOx i pyłów, które wymagają stosowania specjalnych układów odpylających i
precyzyjnego ograniczenia powietrza podawanego do palnika
Sposób termicznej utylizacji odpadów organicznych, zwłaszcza mączki mięsno-kostnej,
tłuszczów odpadowych i innych przetworzonych odpadów pochodzenia zwierzęcego,
charakteryzuje się tym, że odpady organiczne wprowadza się do komory obrotowej pieca i w
czasie obrotów tej komory odpady rozdrabnia się, nagrzewa, suszy i poddaje pirolizie poprzez
obróbkę termiczną w temperaturze powyżej 1000°C, w strefie początkowej komory
obrotowej.
Do termicznej obróbki odpadów stosuje się zwykłe paliwo ciekłe lub gazowe. Wytwarza się
gaz pirolityczny, który po zmieszaniu z powietrzem wtórnym jako mieszanka gazowa spala
się w komorze pieca obrotowego. Odpady organiczne, zwłaszcza mączki mięsno-kostne,
tłuszcze odpadowe i inne przetworzone odpady pochodzenia zwierzęcego jak dotychczas są
spalane z dużym powodzeniem w cementowniczych piecach obrotowych w procesie
wypalania klinkieru, z paliwem szlachetnym lub mieszanką zawierającą paliwa szlachetne i
alternatywne. Odpady te są dodawane do pieca cementowniczego przez główny palnik do
płomienia z temperaturami od 1900 do 2000°C lub do gorącej części pieca obrotowego z
temperaturami od 1400 do 1900°C. Część wartości energetycznej paliwa dotychczas
stosowanego zastępuje się wówczas mączką mięsno-kostną, tłuszczem odpadowym lub
innymi odpadami pochodzenia zwierzęcego, które przy wysokich temperaturach i utleniającej
atmosferze piecowej z nadmiarem powietrza zostają spalone z wykorzystaniem ich wartości
opałowej. Nietoksyczne spaliny po rozkładzie termicznym częściowo zostają wychwycone
przy wypalaniu przeciwprądowym przez zmieloną mieszankę surowców i tworzący się
klinkier, a popiół powstały z minerałów kostnych po spaleniu przereagowuje do masy
klinkieru z mineralizującym działaniem tlenku fosforu P2O5 na tworzenie faz klinkierowych.
Metoda ta, mimo że jest bardzo skuteczna pod względem pewności utylizacji materiałów
zwierzęcych o najwyższym stopniu zagrożenia oraz przynosi bardzo wymierne korzyści
ekonomiczne przy procesie wypalania klinkieru, stwarza duże utrudnienie dla zakładów
zbywających wymienione odpady. Przede wszystkim z powodu dowozu materiałów na
znaczne odległości, co związane jest ze specyfiką rozmieszczeń zakładów cementowniczych.
Dla zbywających odpady system ten stanowi znaczne obciążenie finansowe i organizacyjne.
Instalacja do termicznej utylizacji odpadów zwierzęcyc
Układ do spalania odpadów organicznych, zwłaszcza mączki mięsno-kostnej, tłuszczów
odpadowych, składa się z następujących urządzeń: bunkra załadowczego, do którego odpad
doprowadzony jest za pomocą transportu pneumatycznego lub dowożony pojemnikami,
podajnika ślimakowego, podającego pulpę do pieca, pieca obrotowego, gdzie następuje
suszenie, zgazowanie i częściowe spalenie materiału, komory wylotowej, w której następuje
spalenie gazów pirolitycznych wytworzonych w procesie zgazowania, paleniska fluidalnego,
w którym ulega spaleniu karbonizat - pozostałość po odgazowaniu, kotła parowego,
spełniającego funkcję kotła odzysknicowego. Schemat instalacji przedstawiono na rysunku 1.
Układ technologiczny i instalacja do spalania odpadów zwierzęcych są chronione patentami i
zgłoszeniami patentowymi.
Opis instalacji
Komora pieca obrotowego wykonana jest z płaszcza zewnętrznego w postaci rury stalowej o
średnicy ok. 1,5 m, długości 8 m z wewnętrzną wymurówką wykonaną z ceramicznego
materiału ognioodpornego. Wewnątrz komory umocowane są półki przesypowe, wykonane z
profilowanych blach żaroodpornych. Komora obraca się za pomocą układu napędowego
składającego się wieńców napędowych i odpowiednio wyprofilowanych bieżni
przyspawanych do płaszcza w początkowej i końcowej części obrotowej komory. Z uwagi na
pochylenie komory w kierunku wylotowym pod kątem od 1° do 2° w stosunku do poziomu,
zabezpieczeniem przed przesunięciem są rolki oporowe, umieszczone pod tylnym wieńcem
napędowym. W środkowej części obrotowa komora posiada kilka rzędów otworów,
wykonanych w płaszczu i wymurówce. Od zewnątrz otwory osłonięte są cylindrycznym
płaszczem z wlotem dla powietrza. Połączenie płaszcza cylindrycznego z obrotową komorą
uszczelnione jest sznurem grafitowym. Obrotowa komora od przodu zamknięta jest gardzielą
czołową poprzez uszczelnienia podobnego typu. Gardziel czołowa wykonana jest z płyty z
wymurówką ognioodporną. Płyta czołowa w dolnej swojej części posiada otwór, do którego
doprowadzana jest pulpa tkanki zwierzęcej lub inne odpady zwierzęce, podajnikiem
ślimakowym.
W osi gardzieli czołowej umieszczony jest palnik olejowy lub gazowy. Palnik znajduje się w
kanale powietrza. W płycie czołowej płaszcza powietrza umieszczona jest również zapalarka,
czujnik kontroli płomienia oraz wziernik służący do obserwacji płomienia. Kanał powietrza
zasilany jest przez wentylator, klapę regulacyjną i klapę odcinającą. Za klapą odcinającą
zamontowany jest manometr kontrolny z zaworem odcinającym.
Komora wylotowa zamyka w części końcowej komorę pieca obrotowego i połączona jest z
czopuchem spalin odprowadzającym spaliny do płomienicy kotła odzysknicowego. W dolnej
części komora wylotowa połączona jest z paleniskiem fluidalnym dla dopalenia stałej
pozostałości po odgazowaniu i częściowym wypaleniu w komorze obrotowej.
Komora wylotowa wykonana jest z metalowego płaszcza zewnętrznego i z ceramicznej
wymurówki wewnętrznej. W górnej części komory umieszczony jest palnik stabilizujący,
zasilany paliwem ciekłym lub gazowym. Palnik umieszczony jest w kanale powietrza.
Wyposażenie palnika jest identyczne jak w przypadku palnika umieszczonego w gardzieli
czołowej.
Komora wylotowa dolną częścią łączy się z fluidalną komorą spalania, która wykonana jest
ze stalowego płaszcza zewnętrznego z wewnętrzną wymurówką. Komora zamknięta jest od
spodu dnem sitowym. Powietrze fluidyzacyjne doprowadzane jest do skrzyni umieszczonej
pod dnem sitowym. Króciec zasilający skrzynię zasilany jest przez wentylator, kanał
powietrza i klapę regulacyjną. Ze złoża fluidalnego popiół odprowadzany jest rurą zsypową
zamkniętą od spodu śluzą i połączoną z podajnikiem odprowadzającym popiół.
Czopuch odprowadzający spaliny wykonany jest ze stalowego płaszcza i żaroodpornej
wymurówki. W czopuchu na wlocie do płomienicy kotła odzyskonicowego umieszczone są
króćce do pomiaru temperatury spalin, do poboru próbek gazu do analizy chemicznej oraz do
pomiaru ciśnienia w czopuchu.
Sposób termicznej utylizacji odpadów zwierzęcych
Sposób termicznej utylizacji odpadów organicznych, w tym mączki mięsno-kostnej polega na
tym, że odpady organiczne wprowadza się do komory obrotowej 1 pieca zespolonego i w
czasie obrotów tej komory odpady rozdrabnia się, nagrzewa, suszy i poddaje pirolizie.
Termiczna obróbka wsadu następuje przy pomocy palnika głównego 4 zasilanego ze
zbiornika 7 poprzez węzeł armatury przypalnikowej 8 paliwem stabilizującym (ciekłym lub
gazowym) oraz zasilanego powietrzem pierwotnym i wtórnym z wentylatora 6.
Proces spalania paliwa stabilizującego jest tak prowadzony, aby temperatura w początkowej
strefie komory w pobliżu ścian była wyższa od 850°C, a korzystniej, była wyższa od 1000°C.
Przy termicznej obróbce odpadów korzystnie jest stosować jako paliwo stabilizujące tłuszcz
zwierzęcy, który przed spaleniem podgrzewa się do temperatury powyżej 80°C i rozpyla się
przy pomocy pary wodnej lub, w przypadku jej braku, sprężonego powietrza. Ze spalania
paliwa stabilizującego i pirolizy odpadów, wytwarzający się gaz pirolityczny po zmieszaniu z
powietrzem jako palna mieszanka gazowa spala się w komorze wylotowej 2, natomiast
wytwarzający się karbonizat pod wpływem sił ciężkości i obrotów pochylonej komory
obrotowej 1 zsypuje się do paleniska fluidalnej komory 3, gdzie ulega całkowitemu spaleniu.
Palna mieszanka gazowa i karbonizat zapalają się od płomienia zapłonowego palnika 5
osadzonego w górnej części komory wylotowej 2 i zasilanego paliwem stabilizującym
poprzez węzeł armatury przypalnikowej 9 oraz zasilanego powietrzem pierwotnym i wtórnym
z wentylatora 6.
Proces spalania paliwa w palniku głównym prowadzi się z lekkim niedomiarem powietrza w
celu wytworzenia w początkowej części komory obrotowej lekkiej atmosfery redukcyjnej,
która zapobiega spalaniu gazów pirolitycznych i nadmiernemu wzrostowi temperatury w
komorze obrotowej 1. Komora wylotowa połączona jest z czopuchem 10, który wprowadza
spaliny do kotła odzysknicowego. Komora wylotowa 2 wyposażona jest w króćce do pomiaru
płomienia temperatury spalin i ciśnienia. Komora wylotowa 2 jest w dolnej części połączona
z fluidalną komorą spalania zawierającą dno sitowe, króciec zasilający skrzynię powietrza,
rurę zsypową popiołu z podajnikiem umieszczonym w zbiorniku napełnionym wodą. W
płaszczu i wymurówce czopucha spalin 10 są osadzone króćce do pomiaru temperatury,
poboru spalin do analizy chemicznej oraz do pomiaru ciśnienia.
Fizykochemiczna charakterystyka odpadów
Wyniki analizy technicznej i elementarnej mączki mięsno- kostnej przedstawiono w tabeli 1.
Mączka mięsno-kostna charakteryzuje się niską zawartością wilgoci (w próbie dostarczonej
Wr = 4.21) i dużą zawartością popiołu (Ad = 18,58%). Ilość części lotnych w próbie
dostarczonej jest bardzo wysoka Vr = 71,50%, po przeliczeniu na próbę suchą i bezpopiołową
(Vdaf = 91,68%) wskazuje, że prawie cała substancja organiczna mączki mięsno-kostnej przy
podgrzaniu do temperatury 830°C przechodzi w części lotne, które stanowią palny gaz
węglowodorowy. Pozostała część substancji organicznej mączki, tzw pozostałość koksowa
zwana karbonizatorem, składa się prawie w 100% z pierwiastka C.
Analiza elementarna pozostałości koksowej oprócz pierwiastka C wykazała ślady siarki (Sdaf
około 0,05%) i ślady substancji mineralnej (Aorg. około 0,15%), które, jak można
przypuszczać, organicznie były związane z pierwiastkami w substancji organicznej mączki.
Poza siarką i substancją mineralną w karbonizacie nie stwierdzono innych pierwiastków.
Mączka mięsno-kostna charakteryzuje się wysoką wartością ciepła spalania (23 979 kJ/kg)
porównywalną z wysokiej klasy węglem energetycznym. Pod względem klasyfikacji węgli
[ Pobierz całość w formacie PDF ]