СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ В ШЛАКОВОМ РАСПЛАВЕ Российский патент 1996 года по МПК C21B13/00 F23G5/00 

Изобретение относится к области металлургического производства, в частности, к печам для переработки твердых бытовых и промышленных хлорсодержащих отходов в жидкой ванне.

Известен способ непрерывной плавки сульфидных материалов в жидкой ванне, содержащий печь для плавления шихты за счет продувки расплава шлака газом, промывка запыленных дымовых газов брызгами и всплесками расплава, раздельный выпуск продуктов плавки [1]
Недостатком указанного способа является, значительный пылевынос хлорсодержащей шихты и диоксинов из печи. По паспортным данным пылевынос с жидкой ванной составляет не менее 2% Существующие промышленные печи с жидкой ванной не приспособлены для сжигания твердых бытовых и промышленных отходов из-за выброса токсичных материалов в атмосферу.

Известен способ переработки хлорорганических материалов и диоксинов, при котором их сжигают при температурах выше 1200^oС, продукты сгорания должны пребывать в печи в 4 7 с, что приводит к их термическому разложению [2] (стр 10-11). Указанные требования соответствуют европейским нормам.

Недостатком этого способа сжигания является то, что при охлаждении продуктов сгорания, содержащих свободный хлор, в теплообменных аппаратах, например, котлах-утилизаторах, экономайзере при определенных температурах 700 250^oC, диоксины восстанавливаются. Как показала практика вторичные диоксины могут появляться как в газовой фазе, так и адсорбироваться частицами пыли и аэрозолей.

Известно, что диоксины являются суперэкотоксикантами. Они обладают высокой адгезионной способностью, поэтому их находят в порах и на поверхности аэрозолей [2]
Известен способ охлаждения дымовых газов за счет разбавления их атмосферным воздухом, впрыскивания воды в поток дымовых газов или комбинаций этих двух способов [3]
Oбычно подача атмосферного воздуха производится в газоход за счет подсоса воздуха дымососом.

Недостатком указанного способа охлаждения дымовых газов является то, что при наличии свободного хлора в газе невозможно препятствовать процессу восстановления вторичных диоксинов, т.к. скорости смешения и разбавления газа воздухом, при струйном массообмене явно недостаточны, и случае, когда приходится оперировать с большими объемами дымовых газов, этот способ малопригоден для промышленного использования. Такой способ смешения газов с воздухом не избавляет от аэрозолей и пыли несущих диоксин.

Таким образом, существующие системы охлаждения дымовых газов, характеризующиеся низким массообменом, протяженностью во времени и пространстве, способствуют восстановлению вторичных диоксинов.

Чтобы избавится от диоксинов на всех стадиях переработки хлорсодержащих материалов необходимо комплексное решение этой проблемы.

В настоящее время анализы на диоксин очень трудоемки (несколько суток) и дороги (3000$).

Отсутствие средств экспресс-анализа газов на диоксин наносит огромный экологический ущерб всей планете. Поэтому возникла настоятельная необходимость, создать такую технологию, которая исключила бы возникновение диоксинов на всех стадиях переработки хлорсодержащих материалов, начиная от сжигания до охлаждения дымовых газов.

Целью изобретения является снижение выбросов диоксинов в атмосферу.

С этой целью предлагается следующий комплексный технологический режим.

Хлорсодержащий материал подсушивают на откосах питателей усредняют по составу, подают, сжигают и плавят, термически разлагают и промывают продукты сгорания под обтекателем в 3-х зонной печи в окислительной среде при температурах 1200 1500^oС и разрежение 5 10 мм водяного столба, дымовые газы после пылеосадительной камеры охлаждаются в два приема: с температуры 1400 до 750^oС в котле-утилизаторе и экономайзере, а с температуры 750 до 250^oC их "закаливают" смешивают газ с воздухом в роторном устройстве для охлаждения газов и улавливания пыли и аэрозолей, причем время охлаждения смеси газов составляет 0,1 0,5 с.

Применение предлагаемого способа позволяет получить:
дымовые газы с гарантировано более низким содержанием диоксинов, чем это регламентируется Европейскими нормами (0,1•10^-9 г/м³);
снизить содержание аэрозолей и пыли и, соответственно диоксина в дымовых газах за счет промывки их в печи, а также коагулировать микрочастицы в брызгоунос, который легко улавливает в роторном смесителе-пылеуловителе.

Существенными отличиями предлагаемого способа являются:
подсушка шихты на откосах питателей, усреднение состава и влажности шихты, что обеспечивает стабилизацию процесса сжигания и плавки и исключает залповые выбросы продуктов сгорания в атмосферу;
промывка дымовых газов под оптекателем за счет просасывания газов через завесу из брызг и всплесков расплава между двумя поверхностями, омываемых шлаком, приводит к связыванию в более крупные частицы и образованию брызгоуноса. Более крупные частицы брызгоуноса могут возвращаться из пылесоединительной камеры в ванну, а остальные будут эффективно улавливаться роторным устройством для охлаждения газов и улавливания пыли и аэрозолей.

охлаждение дымовых газов воздухом в течение 0,1 0,5 с осуществляется в турбулентном потоке на лопатках ротора. Такое смешение газов с воздухом характеризуется наиболее высоким массообменом, что дает возможность использовать этот способ охлаждения в промышленных масштабах:
высокие скорости охлаждения дымовых газов (закалка) дают возможности зафиксировать их предыдущий состав, полученный термическим разложением, и избежать возникновение вторичных диоксинов
проведение процессов вторичного охлаждения дымовых газов и улавливания пыли в одном агрегате позволяет сконцентрировать вредные уносы пыли в одном месте.

На чертеже изображена аппаратно-техническая схема устройства для переработки хлорсодержащих материалов. Трехзонная печь с жидкой ванной содержит подину 1, ванну расплавленного шлака 2, фурмы 3, топочное устройство 4 для подачи дутья в расплав 2, сифон 5 для слива шлака, свод 6, загрузочное окно 7, разделительную стенку 8, обтекатель 9, горловину 10, загрузочную зону печи 11, зону сжигания 12, зону промывки продуктов сгорания 13, зону подсушки 14 на откосах, бункер шихты 19, питатель 16, пылеосадительную камеру 17, котел-утилизатор 18, экономайзер 19 для подогрева воздуха, роторный смеситель-пулеуловитель 20, электрофильтр 21, скруббер 22, дымосос 23, трубу дымовую 24.

Процесс переработки в шлаковом расплаве шлакообразных и хлорорганических материалов и диоксинов осуществляется следующим образом.

Шихта находящаяся на откосах бункеров 15, подсушивается излучением свода и горячим воздухом, который подается в зону 14. В зависимости от состава и влажности, шихта в определенной последовательности подается питателями 16 и через загрузочное окно 7 попадает в загрузочную зону 11 печи. Шихта в загрузочной зоне 11 печи сгорает в объеме и на поверхности расплавленного шлака, а продукты сгорания просасываются под разделительную стенку 8 в зону сгорания 12, где в брызгах и всплесках барботируемого расплава завершается сгорание и плавление шихты. Ванна расплава 2 непрерывно продувается продуктами сгорания природного газа, который сгорает в топочных устройствах 4, и подается через фурмы 3 в объем ванны.

В зоне сгорания 12 поддерживается температура 1200 1400^oC, а температура в ванне 1500^oС обеспечивается теплом продуктов сгорания природного газа. Для получения необходимой температуры продуктов сгорания природного газа, в топочные устройства 4 подается воздух, нагретый в экономайзере 19. В печи создается окислительная атмосфера.

За счет СО, содержащегося в продуктах сгорания природного газа железо восстанавливается в ванне печи до чугуна, который как более тяжелый скапливается в природной части ванны 2.

Для получения требуемой вязкости расплава в качестве флюсов подается известняк.

В зоне сжигания 12 происходит термическое разложение продуктов сгорания и диоксинов, которое завершается в зоне 13 под обтекателем 9. Под обтекателем 9, установленном на определенном расстоянии от окна 5 для слива шлака, происходит промывка продуктов сгорания. За счет просасывания дымового газа через завесу из брызг и всплесков расплавленного шлака происходит коагуляция микрочастиц.

Промывка продуктов сгорания под обтекателем 9 позволяет снизить пылевынос за счет укрупнения и образования более тяжелых частиц-брызгоуноса.

Тяжелые фракции брызгоуноса попадая из горловины 10 в пылеосадительную камеру 17 могут возвращаться обратно в расплав, а остальные частицы будут улавливаться в роторном смесителе-пылеуловителе 20, установленном перед электрофильтром 21.

В пылеосадительной камере 17 поддерживается температура 1400 - 1200^oС, причем дымовые газы, теряя скорость, пребывают в ней в течении нескольких секунд, в соответствии с европейскими нормами.

Расплавленный шлак непрерывно сливается через сифон и окно 5 на грануляцию.

Жидкий чугун непрерывно удаляется из печи с помощью специального устройства для получения слитков.

Дымовые газы из пылеосадительной камеры 17 поступают в котел-утилизатор 18 и экономайзер 19, где газы охлаждаются до температуры 750^oС, отдавая тепло для получения пара или горячей воды.

После экономайзера 19 дымовые газы с температурой 750^oС поступают в роторный смеситель-пылеуловитель 20, где производится интенсивное охлаждение дымовых газов воздухом. Закалка дымовых газов воздухом производится в течение 0,1 0,5 с за счет смешения газов в роторном смесителе-пылеуловителе, смешение газов производится в турбулетном потоке непосредственно на лопатках роторного устройства, при этом за счет центробежных сил, приложенных к частицам пыли и аэрозолей, они сбрасываются на стенки корпуса и скапливаются в бункере.

Газовая смесь с температурой 250^oС подается в электрофильтр 21, где окончательно очищается от пыли и далее поступает в скруббер 22 для химической очистки от SO₂; HCL; Hg; HF.

После скрубберов 22 дымовые газы поступают в дымосос 23 и далее в трубу дымовую 24.

Примером конкретного выполнения предлагаемого способа является мусоросжигательный завод нового поколения (модуль УПО-16-34М) разработанный авторами.

Установка УПО-16-34М обеспечивает переработку в час:
16 т твердых бытовых отходов;
12 т промышленных отходов (хлорсодержащих);
6 т флюсов.

Выход твердых продуктов после переработки:
16,5 гранулированных шлаков;
6 т чугунных слитков.

Количество дымовых газов из печи 87000 нм³/ч при t 1400^oС,
Количество дымовых газов перед роторным смесителем-пылеуловителем 54375 нм³/ч 15,1 нм³/с при t 750^oС.

Количествo воздуха, подаваемого в роторной смеситель 15,1 х 3 45,3 нм³/c
Общий расход газов в 2-х роторном смесителе будет 15,1 + 45,3 60,4 нм³/с
Принятая производительность 2-х роторного смесителя-пылеуловителя 2 х 267000 534000 нм³/ч 148,3 нм³/с, где: 267000 - производительность стандартного дымососа ДН-26 (однороторного), который взят за основу. Время смешения дымовых газов с воздухом T 60,4/148,3 0,4 с.

Лабораторные исследования показали, что охлаждение дымовых газов, содержащих свободный хлор, с температурой 750 250^oС должно проводится в течение 0,1 0,5 с. При этих условиях диоксины практически не восстанавливаются, предлагаемый способ, который реализуется в установке УПО-16-34М для переработки твердобытовых и промышленных отходов (хлорсодержащих материалов) обеспечивает получение годовой прибыли в размере 2351 млн. руб. (на 01.10.93) Срок окупаемости капитальных затрат составляет не более 2,5 лет.

Предлагаемая технология термического разложения хлорсодержащих материалов в сочетании с приемами промывки продуктов сгорания расплавленным шлаком и быстрого охлаждения дымовых газов, в указанном интервале температур, открывает возможности получить дымовые практические газы без диоксинов, что может быть с успехом использовано и в других отраслях: медицины, целлюлозно-бумажной, радиообработки, нефтемаслопереработки, получения сорбентов из органических отходов и т.д.

Cущность: способ предусматривает подсушку шихты, состоящей из промышленных и бытовых отходов, содержащих хлорсодержащие компоненты, усреднение перед подачей в печь, сжигание и плавку шихты в барботируемом шлаковом расплаве, термическое разложение и промывку продуктов сгорания в 3-х зонной печи с жидкой ванной. Дымовые газы охлаждают в два этапа: сначала в котле-утилизаторе и экономайзере, а затем в роторном устройстве путем смешивания газов с воздухом. Время охлаждения газов на втором этапе составляет 0,1 - 0,5 с. Газы на первом этапе охлаждают с 1400 до 750^oС, а на втором этапе - с 750 до 250^oС. Реализация способа позволит снизить выбросы диоксинов в атмосферу. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Способ переработки твердых отходов в шлаковом расплаве, включающий загрузку отходов в расплавленную шлаковую ванну, сжигание и расплавление материалов, раздельный выпуск продуктов плавки, охлаждение и очистку дымовых газов, отличающийся тем, что в процессе загрузки отходы усредняют по составу и подсушивают на откосах, а продукты сгорания, образующиеся при сжигании подвергают термическому разложению и последующему промыванию под обтекателем в окислительной атмосфере при температуре 1200-1500^oC и разрежении 5-10 мм вод ст. а дымовые газы предварительно очищают в пылеосадительной камере, после чего охлаждают в два этапа: на первом этапе в котлеутилизаторе и экономайзере, а затем в роторном устройстве путем смешивания газов с воздухом, при этом время охлаждения газов на втором этапе составляет 0,1-0,5 с.