SK10795A3 - Controllable and environmental safe combustion process and device for easily inflammable substances - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu kontrolovateľného a ekologicky neškodného spaľovania ľahko horľavých látok, pripadne telies vyrobených z ľahko horľavých látok, napríklad spáliteľných látok ako sú kaly, ako aj zariadenia na uskutočnenie tohto spôsobu.

Doterajší stav techniky

U známych spôsobov tohto druhu sa tieto látky, prípadne telesá, spaľujú v spaľovacej komore, prípadne za prívodu oxidačných prostriedkov, reakciou vo veľkom objeme. Táto len ťažko kontrolovateľná a naviac často len neúplne prebiehajúca spaľovacia reakcia skrýva okrem iného nebezpečenstvo, že vo všeobecnosti ešte veľmi reaktívne zvyškové plyny explozívne rýchlo zhoria. To už viedlo v minulosti u týchto spôsobov k ťažkým nehodám.

Z DE-OS 26 28 966 je známy spôsob zavážania v zásobníkoch plynotesné uzavretého odpadu do zariadení na tepelné

V spracovanie odpadu. Odpady sa zberajú do podtlakových komôr a plynotesné sa uzavrú do zásobníkov s utesnením. Zásobníky £ sa na mieste alebo po medziskladovaní zavážajú do zariadenia na tepelné spracovanie odpadov, ktoré pracuje s pretlakom a prípadne je umiestnené v podtlakovej komore. Anorganické súčasti odpadov sa odvedú v roztavenej forme a odliate do troskových blokov sa zo zariadenia na tepelné spracovanie odpadov vyvážajú.

Ďalej je z DE-OS 34 27 719 známa spaľovacia pec na vysoko toxické odpady, ktorá je postavená na spôsob raketovej spaľovacej komory a umožňuje bezzvyškové odstránenie odpadov v úplnej izolácii od okolia. V spaľovacej komore sa vyvíja horúci plyn, ktorého zloženie a teplota sa nastavia v závis2 losti od látky, ktorá sa má odstrániť. Prenosom tepla medzi horúcim plynom a odpadom, vneseným do spaľovacej komory, sa toxické látky oddelia od materiálu ich nosiča, splynujú a rozložia, takže ako hlavné produkty ostanú vodná para a oxid uhličitý.

Úlohou predloženého vynálezu je uviesť spôsob, ako aj zariadenie, ktorými sa takéto spaľovanie dá vykonať bezpečne a ekologicky neškodne, a ktoré sú teda vhodné predovšetkým aj pre vo veľkom rozsahu vykonávané opatrenia na likvidáciu uvedených látok.

Podstata vynálezu

Táto úloha je vyriešená znakmi nárokov 1 a 15. Ako telesá prichádzajú pritom do úvahy napríklad plný valec alebo kváder. V dôsledku prispôsobenia medzi vnútornou stenou zavážacej komory a vonkajším povrchom telesa na strane jednej, ako aj podtlaku v zásobníku na strane druhej je zaručené, že sa teleso krok za krokom z čelnej strany kontrolovane, prípadne kontrolovateľné spaľuje a produkty spaľovania sa odsávajú výlučne do zásobníka. Postupné kontinuálne spaľovanie telesa pritom zaručuje optimálne reakčné podmienky a tým aj takmer úplnú premenu telesa na neškodné, napríklad neexplozívne zvyškové plyny. S ohľadom na ďalšie odstraňovanie plynných produktov spaľovania sa príslušné znaky nachádzajú v závislých nárokoch. Tuhé produkty spaľovania, napríklad prach alebo popol, sa usadzujú napríklad na dne zásobníka a možno ich pravidelne alebo v určitých časových odstupoch odstraňovať.

Prispôsobením vnútornej steny zavážacej komory tvaru telesa sa dosiahne, že teleso, aspoň v oblasti bočnej(ých) plochy (plôch), tesne prilieha k vnútornej stene zavážacej komory, alebo spolu s ňou vytvára tesnenie. To je predpokladom pre kontrolovateľné a postupné spaľovanie telesa. V dôsledku v podstate plynných reakčných produktov musí byť vnútorný priestor zásobníka podstatne väčší než vnútorný priestor zavážacej komory. Usporiadaním uzatváracích zariadení medzi príslušnou zavážacou komorou a zásobníkom sa umožní trvalá prevádzka spaľovacieho zariadenia.

Pri spôsobe podľa tohto vynálezu možno ďalej zariadiť, aby produkty spaľovania, ktoré sa vytvoria v zóne spaľovania, prúdili naviac aspoň jednou zónou prídavného spaľovania. Týmto opatrením možno produkty spaľovania, ktoré sa v spaľovacej zóne nedokonale spálili, spáliť úplne a tým ďalej zvýšiť stupeň ich likvidácie.

P.ri spôsobe podľa tohto vynálezu možno ďalej zariadiť, aby poloha čelnej plochy telesa bola počas spaľovania v zavážacej komore fixovaná pomocou pridržiavacieho prvku, prípadne pridržiavacieho zariadenia. Alternatívne k spaľovaciemu frontu, ktorý sa po celú dobu pohybuje v zavážacej komore, možno fixovaním čelnej plochy, a tým spaľovacieho frontu, v spaľovacej zóne dosiahnuť, že v každom okamihu spaľovania budú okolité podmienky spaľovacej reakcie, napríklad okolitá teplota, rovnaké.

Najmä pritom možno zariadiť, aby bolo teleso prostredníctvom známych mechanických, elektrických alebo iných postupov, napríklad hydrauliky, kontinuálne podávané, takže čelná plocha dosadne na pridržovači prvok a rýchlosť podávania sa prispôsobí rýchlosti spaľovania telesa. Podávanie sa pritom môže uskutočňovať tak, aby zodpovedalo skráteniu telesa, spôsobenému spaľovaním.

Pri spôsobe podľa tohto vynálezu možno ďalej zariadiť, aby sa do, prípadne v oblasti spaľovacej zóny a/alebo zóny prídavného spaľovania privádzal oxidačný prostriedok, napríklad vzduch alebo kyslík. Privádzanie vzduchu alebo kyslíka sa vo všeobecnosti bude vykonávať len u látok s negatívnou kyslíkovou bilanciou pri spaľovacej reakcii.

Pri spôsobe podľa tohto vynálezu možno ďalej zariadiť, aby sa oxidačný prostriedok privádzal cez aspoň jeden v telese sa nachádzajúci kanál, napríklad centrálne umiestnený kanál. Takto možno oxidačný prostriedok privádzať od čelnej strany telesa, odvrátenej od zásobníka, cez celé teleso do zóny spaľovania, prípadne prídavného spaľovania, čo má tú výhodu, že sa účinne zabráni spätnému prúdu spalín, napríklad popri vonkajších tesniacich plochách.

Pri spôsobe podľa tohto vynálezu možno ďalej zariadiť, že látka, ktorá sa má spáliť, sa zmieša s materiálom s pozitívnou kyslíkovou bilanciou, alebo že sa teleso naplní materiálom s pozitívnou kyslíkovou bilanciou. Tieto opatrenia sú vhodné, tak ako už uvedené priame privádzanie oxidačného prostriedku, u látok s negatívnou kyslíkovou bilanciou pri spaľovacej reakcii. Týmito opatreniami si teda možno dodatočné privádzanie oxidačného prostriedku ušetriť.

Pri spôsobe podľa tohto vynálezu možno ďalej zariadiť, že po spálení telesa sa zavážacia komora vyčistí preplachovaním, napríklad vzduchom, spojenie medzi zavážacou komorou a zásobníkom sa preruší a do zavážacej komory sa vloží ďalšie teleso. Preplachovanie zavážacej komory pred jej otvorením zaručí, že sa v nej nebudú nachádzať žiadne reaktívne zvyškové plyny, ako napríklad vodík, ktoré by prípadne po zavzdušnení zavážacej komory mohli reagovať explozívne. Týmto spôsobom sa môže postupne v trvalej prevádzke spaľovať ľubovoľne veľký počet telies.

Pri spôsobe podľa tohto vynálezu možno ďalej zariadiť, že plynné produkty spaľovania sa budú odstraňovať prevažne kontinuálne, zatiaľ čo tuhé produkty spaľovania sa budú zo zásobníka odstraňovať periodicky. Plynné produkty spaľovania, zhromažďujúce sa v zásobníku, možno napríklad odsať pumpou. Naproti tomu tuhé súčasti spaľovania sa napríklad usadzujú na dne zásobníka.

Na ďalšie zmiernenie ekologickej záťaže pri spaľovaní možno podľa tohto vynálezu zariadiť, aby sa plynné produkty spaľovania za účelom zbavenia produktov spaľovania ich vlastného zvyškového tepla viedli cez výmenník tepla a aby sa plynné produkty spaľovania za účelom likvidácie zvyškových plynov viedli cez filtračné zariadenie.

Účinnosť spôsobu podľa tohto vynálezu možno ďalej zvýšiť tým, že sa súčasne prevádzkujú viaceré zavážacie komory. Pritom s jedným zásobníkom môžu spolupracovať viaceré zavážacie komory. Možno však tiež predpokladať viac zásobníkov.

Spaľovacie zariadenie podľa tohto vynálezu môže ďalej mať aspoň jednu, v zavážacej komore umiestnenú, prídavnú ko5 moru na prídavné spaľovanie. Táto zóna prídavného spaľovania pritom môže mať tvar prídavnej komory a plní úlohu spáliť zvyškové plyny, ktoré sa ešte nespálili v spaľovacej zóne.

Spaľovacie zariadenie podľa tohto vynálezu môže ďalej obsahovať na, prípadne v zavážacej komore prostriedky na privádzanie oxidačného prostriedku, napríklad dávkovacie ventily alebo dýzy. Tým sa umožní priestorovo cielené a čo do množstva kontrolované dodanie oxidačného prostriedku do zóny spaľovania, prípadne prídavného spaľovania.

Priestorovú fixáciu čelnej plochy telesa v zavážacej komore možno dosiahnuť výstupkom v, prípadne na vnútornej stene zavážacej komory, ktorým sa teleso zadrží na úrovni čelnej plochy, alebo v zavážacej komore umiestneným mrežovým prvkom, na ktorý prilieha čelná plocha telesa.

Spaľovacie zariadenie podľa tohto vynálezu môže ďalej obsahovať dištančné prvky na vyloženie vnútornej steny zavážacej komory, napríklad rúrové kusy. Tým sa umožní prispôsobiť vnútornú stenu zavážacej komory rôznym telesám.

Fixáciu čelnej plochy možno dosiahnuť napriek pri spaľovaní sa meniacej dĺžke telesa pomocou hydrauliky, zabudovanej v, prípadne na zavážacej komore, s tlakovým piestom na vyvíjanie tlaku na teleso a jeho podávanie.

Spaľovacie zariadenie podľa tohto vynálezu môže ďalej obsahovať aspoň jedno na zásobníku umiestnené hrdlo na odstraňovanie tuhých látok, cez ktoré možno odstrániť tuhé produkty spaľovania, ktoré sa napríklad usadili na dne zásobníka .

Konečné odstránenie zvyškového tepla produktov spaľovania, ako aj zvyšného podielu prachu a.jedovatého plynu, sa môže uskutočniť pomocou aspoň jedného, vo vnútri zásobníka alebo za výstupom zo zásobníka umiestneného tepelného výmenníka, ako aj aspoň jedného, za výstupom zo zásobníka umiestneného filtračného zariadenia.

Spaľovacie zariadenie podľa tohto vynálezu pritom môže obsahovať aspoň jednu skrápaciu vežu na premenu oxidu dusičitého na kyselinu dusičnú, aspoň jeden filtračný prvok s aktívnym uhlím na odfiltrovanie ostatných oxidov dusíka, ako aj aspoň jedno zberné zariadenie na kyselinu dusičnú. Kyselinu dusičnú pritom možno zhodnotením pri výrobe hnojív začleniť do surovinového cyklu.

Spaľovacie zariadenie podľa tohto vynálezu môže ďalej obsahovať aspoň jeden pred filtračným zariadením umiestnený medzizásobník. Tento medzizásobník umožní v dôsledku tlmiaceho účinku kontinuálne a efektívne použitie filtračného zariadenia.

Napokon môže spaľovacie zariadenie podľa tohto vynálezu obsahovať aspoň jeden pred filtračným zariadením umiestnený kompresor alebo ventilátor. Tieto zariadenia umožnia odsávanie plynných produktov spaľovania do filtračného zariadenia.

V ďalšej časti bude spôsob podľa tohto vynálezu vysvetlený pomocou príkladu vyhotovenia spaľovacieho zariadenia, zobrazeného na jedinom obrázku.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr.1 zobrazené spaľovacie zariadenie podľa vynálezu

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr.1 zobrazené spaľovacie zariadenie má zavážaciu komoru i, ktorá má v tomto príklade valcový tvar a do nej je vložené valcové teleso 2, napríklad zo spáliteľných látok. Vnútorná stena zavážacej komory T je v oblasti telesa 2 prispôsobená jeho vonkajšiemu tvaru. Plnenie zavážacej komory 1 telesom 2 sa uskutočňuje cez uzáver 3. zavážacej komory

1. Teleso 2 je pritláčané svokou čelnou stranou 5 prostredníctvom tlakového piesta 4, spojeného s hydraulikou (neznázornenou), na mrežu 6. Tým sa dosiahne, že aj počas spaľovania čelná plocha 5. telesa 2 tesne prilieha k mreži 6, a tým je fixovaná poloha čelnej plochy 5 v zavážacej komore i. Teleso 2 sa teraz na iniciovanie spaľovacej reakcie na čelnej ploche 5 zapáli. Tým sa v telese 2 vytvorí spaľovací front, ktorý v dôsledku uvedenej fixácie neustále leží v oblasti spaľovacej zóny 7, v ktorej sa uskutočňuje vlastné spaľovanie. Za spaľovacou zónou 7 sa nachádza zóna 8. prídavného spaľovania, v ktorej sa spália ešte nespálené zvyškové plyny. Cez dva prívody 9., 9a plynu so samostatnými dávkovacími ventilmi (nezobrazenými) možno kontrolovane privádzať oxidačný prostriedok, napríklad kyslík, tak do zóny 7 spaľovania, ako aj do zóny 8 prídavného spaľovania. Alternatívne alebo paralelne s tým možno oxidačný prostriedok privádzať (aj) cez prívodné vedenie 10 a cez centrálny kanál 11, vytvorený v telese 2, k obom zónam 7, 8. spaľovania.

Zavážacia komora 1 je s tlako-, prípadne plynotesným zásobníkom 12 v spojení, uzatvárateľnom prostredníctvom plyno- , prípadne tlakotesného posúvača 13.. Po otvorení posúvača 13 sa teleso zavedie (znázornený je tu práve otvorený stav) do zóny 7 spaľovania a na čelnej ploche sa zapáli napríklad elektrónovým alebo elektrickým ohrevom. Potom sa reakčné produkty, vznikajúce v zóne 7 spaľovania alebo v zóne 8. prídavného spaľovania, v dôsledku poklesu tlaku odsajú do zásobníka 12.

Tuhé podiely produktov sa usadia na dne zásobníka 12 a možno ich odstrániť cez hrdlo 14 na odstraňovanie tuhých látok. Cez výstup 15 zásobníka 12 sa plynné produkty spaľovania odsajú ηει ďalšiu likvidáciu. Tieto prúdia najprv cez tepelný výmenník 16., v ktorom sa teplo zvyškového plynu môže využiť, prípadne odstrániť, a potom sa čerpajú cez pumpu 17 do medzizásobníka 18. Napokon sa zvyškový plyn privedie cez kompresor 19 do filtračného zariadenia 20 , v ktorom sa uskutoční konečné chemické čistenie zvyškového plynu. Filtračné zariadenie 20 pozostáva v tomto príklade zo skrápacej veže 21. v ktorej sa vznikajúci oxid dusičitý premieňa na kyselinu dosičnú, filtra 22 s aktívnym uhlím na absorbovanie ostatných oxidov dusíka, ako aj zo zberného zariadenia 23 na koncentrovanie kyseliny dusičnej. Vznikajúcu kyselinu dusičnú možno napokon použiť pri výrobe hnojív.

Claims (27)

1. Spôsob kontrolovateľného a ekologicky neškodného spaľovania ľahko horľavých látok, prípadne z ľahko horľavých látok vyrobených telies (2), napríklad zo spáliteľných látok, vyznačujúci sa tým, že z tejto látky sa najprv vyrobí teleso (2), najmä dlhé, axiálne symetrické teleso (2), alebo sa táto látka vloží do zodpovedajúceho obalu, ak už nie je k dispozícii v takejto forme; teleso (2) sa vloží do zavážacej komory (1), ktorá je uzatvárateľne spojená so zásobníkom (12), v ktorom je podtlak, pričom sa toto a pričom aspoň bočná(é) plocha(y) telesa tesne prilieha(jú) k, prípadne na stenu(y) zavážacej komory (1), tvorí(ia) s ňou(nimi) tesnenie, alebo k nej(nim) zaujíma(jú) definovaný odstup; zavážacia komora sa uzavrie a teleso (2) sa po otvorení spojenia na jeho k zásobníku (12) privrátenej čelnej ploche (5) zapáli, čím sa vytvorí spaľovací front a tento spaľovací front sa postupne a kontinuálne, napríklad v axiálnom smere, pohybuje cez teleso; a v spaľovacom fronte vznikajúce produkty spaľovania sa odsávajú do zásobníka (12) na ďalšiu likvidáciu.

spojenie najprv preruší uvedeného vnútornú(é)

2. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že produkty spaľovania, vytvorené v zóne (7) spaľovania, prúdia naviac cez aspoň jednu zónu (8) prídavného spaľovania .

3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačuj úci sa t ý m, že poloha čelnej plochy telesa (2) v zavážacej komore (1) je počas spaľovania fixovaná pridržovacím prvkom (6), prípadne pridržovacím zariadením.

4. Spôsob podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že teleso (2) sa prostredníctvom známych mechanických, elektrických alebo iných postupov, napríklad hydraulicky, kontinuálne podáva, takže jeho čelná plocha prilieha k pridržovaciemu prvku (6) .

5. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že rýchlosť podávania sa prispôsobí rýchlosti spaľovania telesa (2).

6. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že do, prípadne v oblasti zóny (7) spaľovania a/alebo oblasti (8) prídavného spaľovania sa privádza oxidačný prostriedok, napríklad vzduch alebo kyslík.

7. Spôsob podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že oxidačný prostriedok sa privádza cez aspoň jeden v telese (2) sa nachádzajúci kanál (11), napríklad cez centrálne umiestnený kanál.

8. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že látka, ktorá sa má spáliť, sa zmieša s materiálom, ktorý má pozitívnu kyslíkovú bilanciu.

9. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že teleso (2) sa naplní materiálom, ktorý má pozitívnu kyslíkovú bilanciu.

10. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že po spálení telesa (2) sa zavážacia komora (1) vyčistí preplachovaním, napríklad vzduchom, spojenie medzi zavážacou komorou (1) a zásobníkom (12) sa preruší a do zavážacej komory (1) sa vloží ďalšie teleso (2).

11. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že plynné produkty spaľovania sa zo zásobníka (12) odstraňujú prevažne kontinuálne, naproti tomu tuhé produkty spaľovania periodicky.

12. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že plynné produkty spaľovania sa na odstránenie vlastného zvyškového tepla produktov spaľovania vedú cez tepelný výmenník (16).

13. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že plynné produkty spaľovania sa na odstránenie zvyškových plynov vedú cez filtračné zariadenie (20).

14. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa prevádzkuje súčasne viac zavážacích komôr (1).

15. Spaľovacie zariadenie na uskutočnenie spôsobu podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačuj úce sa tým, že obsahuje aspoň jednu uzatvoriteľnú zavážaciu komoru (1), ktorej vnútorná stena je aspoň v oblasti telesa (2) prispôsobená vonkajšiemu tvaru, prípadne ploche telesa; obsahuje aspoň jeden plyno-, prípadne podtlakovotesný zásobník (12) s aspoň jedným vstupom a jedným výstupom (15), ktorého vnútorný priestor je podstatne väčší než vnútorný priestor zavážacej komory (1); pričom medzi zavážacími komorami (1) a zásobníkmi (12) sú umiestnené plyno-, prípadne tlakotesné uzatváracie zariadenia (13).

16. Spaľovacie zariadenie podľa nároku 15, vyznačujúce sa tým, že obsahuje v zavážacej komore (1) aspoň jednu prídavnú komoru (8) na prídavné spaľovanie.

17. Spaľovacie zariadenie podľa nároku 15 alebo 16, vyznačujúce sa tým, že obsahuje na, prípadne v zavážacej komore (1) prostriedky (9, 9a, 10) na privádzanie oxidačného prostriedku, napríklad dávkovacie ventily alebo dýzy.

18. Spaľovacie zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 15 až 17, vyznačujúce sa tým, že v, prípadne na vnútornej stene zavážacej komory (1) obsahuje výstupok, ktorý zadrží teleso na úrovni čelnej plochy (5).

19. Spaľovacie zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 15 až 18,vyznačuj ú ce sa tým, že v zavážacej komore (1) je umiestnený mrežový prvok (6), ku ktorému prilieha čelná plocha (5) telesa (2).

20. Spaľovacie zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 15 až 19, v y z načujúce sa tým, že obsahuje dištančné prvky na vyloženie vnútornej steny zavážacej komory (1), napríklad rúrové kusy.

21. Spaľovacie zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 15 až 20, v y z načujúce sa tým, že obsahuje v, prípadne na zavážacej komore (1) hydrauliku s tlakovým piestom (4) na vyvíjanie tlaku na teleso (2) a jeho podávanie.

22. Spaľovacie zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 15 až 21, v y z načujúce sa tým, že obsahuje aspoň jedno na zásobníku (12) umiestnené hrdlo (14) na odstraňovanie tuhých látok.

23. Spaľovacie zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 15 až 22, vyznačujúce sa tým, že vnútri zásobníka alebo za výstupom (15) zo zásobníka (12) obsahuje aspoň jeden tepelný výmenník (16).

24. Spaľovacie zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 15 až 23, v y z načujúce sa tým, že obsahuje aspoň jedno za výstupom (15) zo zásobníka (12) umiestnené filtračné zariadenie (20).

25. Spaľovacie zariadenie podľa nároku 24, vyznačujúce sa rým, že obsahuje aspoň jednu skrápaciu vežu (21) na premenu oxidu dusičitého na kyselinu dusičnú, aspoň jeden filtračný prvok (22) s aktívnym uhlím na odfiltrovanie ostatných oxidov dusíka, ako aj aspoň jedno zberné zariadenie (23) na kyselinu dusičnú.

26. Spaľovacie zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 15 až 25, v y z načujúce sa tým, že obsahuje aspoň jeden pred filtračným zariadením (20) umiestnený medzizásobník (18).

27. Spaľovacie zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 15 až 26, v y z načujúce sa t ý m, že obsahuje aspoň jeden pred filtračným zariadením (20) umiestnený kompresor (19) alebo ventilátor.