УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ С ТВЕРДЫМИ КОМПОНЕНТАМИ Российский патент 1997 года по МПК F23G5/34 

Изобретение относится к системам жизнеобеспечения жилых и производственных комплексов и может использоваться в коммунальном хозяйстве, а также в производственных комплексах для удаления мусора.

Известно устройство для сжигания горючих веществ с твердыми компонентами, в частности, мусора, включающее камеру сжигания с гравием или кусками иного негорючего материала и по крайней мере один канал для воздуха, по крайней мере один из выводов которого является всасывающим, а другой нагнетающим.

Данное устройство обеспечивает эффективное сжигание мусора, но не решает задачу наиболее эффективного использования тепла и отходов, полученных при сжигании мусора.

Была поставлена задача создания устройства, которое обладало бы повышенным коэффициентом полезного действия за счет обеспечения наиболее эффективного использования тепла и отходов, получаемых при сжигании мусора. В частности, устройство должно эффективно сжигать содержащиеся в мусоре вредные вещества, в частности диоксины, за счет повышения температуры горения без дополнительного подвода энергии в систему.

Данная задача была решена настоящим изобретением.

В устройстве для сжигания горючих веществ с твердыми компонентами, включающем камеру сжигания с гравием или кусками иного негорючего материала и по крайней мере один канал для воздуха, по крайней мере один из выводов которого является всасывающим, а другой нагнетающим, согласно изобретению, канал образован тремя перегородками, одна из которых расположена между двумя другими и соединена с дном камеры нижним краем, а ее верхний край расположен ниже верхних краев двух других перегородок, нижние края последних установлены с зазором по отношению к дну камеры, канал соединен с отсасывающе-нагнетающим средством, связанным с блоком переключения каналов с режима всасывания на режим нагнетания и наоборот, при этом гравием или кусками иного негорючего материала заполнены нижняя часть камеры и каналы.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения в верхней части каждого из каналов расположены система для подачи в канал воды, а в нижней их части система для сбора воды.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения также камера для размещения мусора выполнена с возможностью перемещения по направляющим.

При этом камера может содержать вертикальные стенки и верхнее перекрытие, причем длина перекрытия меньше длины стенок, и часть камеры выполнена открытой сверху.

В последнем варианте выполнения изобретения со стороны открытой сверху части камеры к верхней ее части предпочтительно шарнирно присоединена пластина для снятия застывшего шлака с возможностью ее вращения вокруг оси, перпендикулярной направлению перемещения камеры.

При этом устройство может содержать фиксатор пластины в вертикальном и наклонном положениях для снятия застывшего шлака.

Устройство предпочтительно содержит емкость для воды, связанную с системой для подачи воды в верхнюю часть каналов, а система для сбора воды связана с системой ее очистки и извлечения солей, выход которой связан с системой охлаждения перекрытия и стенок камеры, а выход системы охлаждения связан с емкостью для воды.

При этом емкость для воды содержит систему сепарации шлака, выполненную в виде решеток с размером ячеек с уменьшением к нижней части емкости.

В предлагаемом изобретении один из концов каждого канала связан посредством отверстия с частью камеры, предназначенной для размещения мусора. Это позволяет обеспечивать наиболее эффективное использование тепла, получаемого при сжигании мусора, за счет возможности его регенерации в каналах для воздуха. Кроме того, это позволяет производить быструю замену зашлакованной верхней части засыпки каналов при использовании указанной засыпки для регенерации тепла и для других целей.

Если каналы, а также нижняя часть камеры выполнены заполненными гравием или кусками иного негорючего материала, указанный материал будет служить наиболее эффективной насадкой для регенерации тепла отходящих газов, а также насадкой для обеспечения химической нейтрализации находящихся в газообразных продуктах сгорания кислых компонентов.

Если канал соединен с отсасывающе-нагнетающим средством, связанным с блоком переключения каналов с режима всасывания на режим нагнетания и наоборот, это позволяет обеспечивать наиболее эффективную регенерацию тепла в предлагаемом устройстве.

Одно из наиболее эффективных решений, обеспечивающих возможность теплообмена между отходящими и поступающими газами, а также эффективную очистку отходящих газов и возможность нахождения массы гравия в стабильном состоянии, без пересыпания, заключается в том, что канал образован тремя перегородками, одна из которых расположена между двумя другими и соединена с дном камеры нижним краем, а ее верхний край расположен ниже верхних краев двух других перегородок, нижние края последних установлены с зазором по отношению к дну камеры. Описанное расположение перегородок позволяет осуществлять без помех замену зашлакованной верхней части наполнителя, например, гравия.

В верхней части каждого из каналов расположена система для подачи в канал воды, а в нижней их части система для сбора воды. Это позволяет обеспечить эффективную очистку отходящих газов, образующихся при сжигании мусора.

Камера для размещения мусора может быть выполнена с возможностью перемещения по направляющим, что обеспечивает возможность замены верхней, зашлакованной части наполнителя, расположенного в каналах и в нижней части камеры.

Часть камеры (торцовая) может быть выполнена открытой сверху, что обеспечивает возможность загрузки в камеру со стороны этой части новых порций мусора и наполнителя (после удаления зашлакованного), и обеспечивает простое решение задачи распределения вновь загруженных мусора и наполнителя по камере.

Со стороны открытой сверху части камеры к верхней ее части шарнирно присоединена пластина для снятия застывшего шлака с возможностью ее вращения вокруг оси, перпендикулярной направлению перемещения камеры. Эта пластина позволяет производить снятие застывшего шлака и его удаление, а также распределение вновь загруженных мусора и наполнителя по камере.

Фиксатор пластины для снятия застывшего шлака обеспечивает регулировку ее положения, поднятие на заданную высоту, необходимую для осуществления тех или иных операций.

Устройство содержит емкость для воды, связанную с системой для подачи вводы в верхнюю часть каналов, система для сбора воды связана с системой ее очистки и извлечения солей, выход которой связан с системой охлаждения перекрытия и стенок камеры, а выход системы охлаждения связан с емкостью для воды. Наличие этих конструктивных элементов и их взаимосвязь позволяет обеспечить эффективное использование тепла, выделяющегося при сгорании мусора, а также эффективную очистку дымовых газов.

На фиг. 1 изображено устройство (продольный разрез) в процессе сжигания мусора и загрузки отмытого гравия; на фиг. 2 продольный разрез устройства при удалении зашлакованного, спекшегося гравия в емкость с водой и загрузке новой порции мусора; на фиг. 3 общий вид устройства сверху; на фиг. 4 - поперечный разрез устройства; на фиг. 5 схема системы выделения растворимых в воде минеральных компонентов и передачи тепла потребителю.

Устройство состоит из системы сжигания мусора 1, система выделения растворимых в воде минеральных компонентов, а также системы удаления продуктов сгорания 2.

Система сжигания мусора, в свою очередь, содержит камеру, нижняя часть которой емкость 3, снабжена тремя разделительными перегородками, выполненными из огнеупорного материала, с образованием канала. Верхний край центральной перегородки 4 находится ниже верхних краев боковых перегородок 5 и 6. Нижние края боковых перегородок не доходят до дна емкости 3. На верхних краях боковых перегородок проложены охлаждаемые направляющие скольжения 7. Пространство между стенками емкости 3 и боковыми перегородками перекрыто горизонтальными пластинами 8 и 9, снабженными отверстиями для входа воздуха и выхода газов. Поочередная подача воздуха при работе осуществляется вентиляторами 10 и 11, а отсос очищенных дымовых газов вентиляторами 12 и 13.

Емкость 3 заполнена химически инертным насыпным материалом, например, гравием 14. Материал заполнения центральной и боковых полостей может отличаться в зависимости от стоимости, термостойкости и взаимодействия с водой.

Под пластинами 8 и 9 на поверхности гравия размещены перфорированные трубопроводы 15 и 16, через которые производится орошение гравия щелочной водой, а на дне полостей под слоем гравия размещены сборные перфорированные трубопроводы 17 и 18.

Рабочая зона устройства верхняя часть камеры закрыта подвижным кожухом 19, снабженным механизмом перемещения 20. С кожухом связан откидной нож 21, отделяющий часть кожуха, в которой отсутствует верхняя крышка 22. Позициями 23 и 24 обозначены ограничители перемещения откидного ножа 21. Высота размещения нижней кромки задней стенки 25 определяет уровень засыпки гравия. Откидной нож 21 может также выполняться в виде откидного ящика без дна с режущей передней кромкой. Верхняя крышка кожуха 22 снабжена буртами, позволяющими осуществить ее заливку охлаждающей водой 26. Нижние кромки кожуха 27 являются направляющими скольжения, снабженными ограничителями бокового перемещения 28 и отогнутыми вверх кромками, образующими желоба для стока воды.

К торцевой стенке емкости 3 примыкает бак 29, снабженный решетками 30 с уменьшающейся книзу крупностью ячеек. Загрузка сменного насыпного материала, мусора а также смена решет 30 производится грузоподъемным механизмом 31, перемещающимся по опорной конструкции 32. Загрузка осуществляется из баков 33.

Система выделения растворимых в воде минеральных компонентов содержит кожух 19, бак 29, засыпку боковых частей емкости 3, снабженную подающими 15, 16 и сборными трубопроводами 17, 18 насосов 34 и 35. Описанные элементы позволяют извлечь из твердых и газообразных продуктов сгорания растворимые минеральные компоненты и тепло сгорания. Перевод растворенных веществ в твердую форму осуществляется электрокоагулятором 36 с последующим их извлечением в фильтре 37.

Для съема тепла предлагаемое устройство содержит водо-водяной теплообменник 38 и водоохлаждаемые направляющие скольжения 7. Прокачка воды осуществляется насосом 39 либо внешним насосом.

В мусороперерабатывающем устройстве для повышения температуры сгорания и ускорения процесса горения используется регенеративный нагрев подаваемого воздуха, осуществляемый за счет ранее запасенного тепла. Твердые продукты сгорания, имеющие щелочную реакцию, могут промываться водой, приобретающей щелочные свойства. При взаимодействии этой воды с кислотными дымовыми газами происходит образование солей. Одновременно происходит очистка дымовых газов. Соли извлекаются из раствора в электрокоагуляторе. Твердые продукты сгорания, не содержащие растворимых соединений, экологически безопасны и используются при производстве стройматериалов. Извлеченные соли впоследствии можно использовать для получения минеральных удобрений и промышленного сырья.

Устройство работает следующим образом. Атмосферный воздух напорным вентилятором 10 подается в канал. Под воздействием избыточного давления воздух фильтруется сквозь слой засыпки, нагреваясь за счет ранее запасенного тепла дымовых газов. Нагретый воздух поступает в слой мусора, расположенный на поверхности гравия. При прохождении нагретого воздуха происходит сушка и воспламенение мусора. С верхней и боковых сторон зона горения изолируется от атмосферы водоохлаждаемым кожухом 19.

За счет разрежения, создаваемого в полости между пластиной 9 и поверхностью гравия, нагретые дымовые газы последовательно фильтруются вниз между центральной перегородкой 4 и боковой перегородкой 6. По мере перемещения газов происходит их очистка от твердых частиц и охлаждение за счет передачи тепла засыпке. Охлажденный до температуры 100-150^oC проходит под боковой перегородкой 6 и поступает в зону смоченного гравия. При встречном движении щелочной воды, фильтрующейся при движении от подающей трубы 16 к всасывающей трубе 17, и дымовых газов, просасываемых вверх вентилятором 12, происходит дальнейшая механическая очистка газов, нейтрализация компонентов и нагрев воды, в том числе за счет подачи тепла конденсации пара, содержащегося в продуктах сгорания. В предлагаемом устройстве полезно используется высшая теплота сгорания топлива и тепло, которое было затрачено на просушку сжигаемого мусора.

При высокотемпературном сгорании мусора образуется жидкий шлак и расплав металлов, пропитывающий верхний слой гравия и застывающий за счет передачи тепла излучением после завершения горения порции мусора. Перед загрузкой следующей порции мусора этот слой удаляется и заменяется отмытым гравием. Удаление производится с помощью откидного ножа 21, снабженного рыхлящими зубьями, при перемещении кожуха 19 в левое на фиг. 1 положение. В конце передвижения (фиг. 2) бак 29 перекрыт кожухом 19, а раскаленный затвердевший слой сталкивается ножом 19 в бак 29. За счет термического удара происходит разрушение сплавленных кусков. Крупные куски, а также сплавленный металл остаются на верхнем крупном сите, на втором сите остается гравий, повторно используемый для загрузки мусоросжигающего устройства. Песок и мелкие фракции выпадают на нижнее сито, где происходит выделение растворимых компонентов циркулирующей горячей водой. При поступлении раскаленной твердой массы происходит вскипание и испарение части воды; выделенный пар конденсируется на внутренней поверхности водоохлаждаемого кожуха 19, передавая тепло циркулирующей воде. Эта схема позволяет передать потребителю тепло, уносимое удаляемым слоем гравия, а также компенсировать выбывающий гравий за счет камней и кусков железобетона, содержащихся в мусоре.

Одновременно при перемещении кожуха 19 в левое положение происходит засыпка отмытым гравием поверхности регенератора. Засыпка осуществляется путем распределения ранее заполненного гравием правого объема кожуха, а непосредственно распределение задается нижней кромкой задней стенки 25. В результате нагретая поверхность такой регенеративной засыпки на время загрузки мусора защищена слоем холодного гравия.

При нахождении кожуха 19 в левом положении, освободившееся от гравия место заполняется мусором. Загрузка как мусора так и гравия производится при помощи грузоподъемного механизма 31. При возврате кожуха 19 в правое рабочее положение распределение засыпанного мусора по поверхности гравия осуществляется обратной стороной ножа 21, причем толщина засыпки регулируется положением ограничителя. После придания кожуху рабочего положения производится включение напорного, противоположного отсасывающему, вентилятора; направление продувки периодически изменяется. В открытую часть кожуха загружают следующую порцию гравия, взятого со среднего сита 30. В процессе горения гравий просушивается и нагревается, одновременно охлаждая нож 21. Затем гравий используется для засыпки.

Система выделения растворимых в воде компонентов работает следующим образом. Очищенная вода, передавшая тепло потребителю, подается на крышку кожуха 19, отводя тепло излучения зоны горения. Затем вода стекает по боковым стенкам кожуха 19, защищая их от перегрева, и по желобам направляющих скольжения 27 стекает в бак 29. Вода омывает все сита, растворяя соответствующие окислы и основания, и насосом 34 через перфорированный подающий трубопровод орошает гравийную засыпку, сквозь которую фильтруются отсасываемые кислотные выхлопные газы.

В результате тепломассообмена происходит нейтрализация и нагрев воды, а также очистка выхлопных газов, выбрасываемых в атмосферу. Химически нейтральная, нагретая вода насосом 35 подается в электрокоагулятор 36, где растворенные соли переводятся в нерастворимую форму и извлекаются в фильтр 37. Очищенная нагретая вода (в том числе за счет потерь коагулятора) подается в теплообменник 38, где нагревает теплоноситель потребителя.

Оборотная вода подается насосом 39 в теплообменник 38, где нагревается до температуры 80-95^oC и далее поступает в водоохлаждаемые направляющие 7, где дополнительно нагревается, защищая их от перегрева и вновь подается потребителю.

Изобретение относится к системам жизнеобеспечения жилых и производственных комплексов и может использоваться в коммунальном хозяйстве, а также в производственных комплексах для удаления мусора. Устройство для сжигания горючих веществ с твердыми компонентами, в частности, мусора, включает камеру сжигания с гравием или кусками иного негорючего материала и по крайней мере один канал для воздуха. По крайней мере один из выводов канала является всасывающим, а другой нагнетающим. Согласно изобретению канал образован тремя перегородками, одна из которых расположена между двумя другими и соединена с дном камеры нижним краем, а ее верхний край расположен ниже верхних краев двух других перегородок. Нижние края последних установлены с зазором по отношению к дну камеры. Канал соединен с отсасывающе-нагнетающим средством, связанным с блоком переключения с режима всасывания на режим нагнетания и наоборот. Нижняя часть камеры и каналы заполнены гравием или кусками иного негорючего материала. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для сжигания горючих веществ с твердыми компонентами, в частности мусора, включающее камеру сжигания с гравием или кусками иного негорючего материала и по крайней мере один канал для воздуха, по крайней мере один вывод которого является всасывающим, а другой нагнетающим, отличающееся тем, что канал образован тремя перегородками, одна из которых расположена между двумя другими и соединена с дном камеры нижним краем, а ее верхний край расположен ниже верхних краев двух других перегородок, нижние края последних установлены с зазором по отношению к дну камеры, канал соединен с отсасывающе-нагнетающим средством, связанным с блоком переключения с режима всасывания на режим нагнетания и наоборот, при этом гравием или кусками другого негорючего материала заполнена нижняя часть камеры и каналы. 2. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в верхней части канала расположена система для подачи в канал воды, а в нижней части система для сбора воды. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера для размещения мусора выполнена с возможностью перемещения по направляющим. 4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что камера содержит вертикальные стенки и верхнее перекрытие, при этом длина перекрытия меньше длины стенок, и часть камеры выполнена открытой сверху. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что со стороны открытой сверху части камеры к верхней ее части шарнирно присоединена пластина для снятия застывшего шлака с возможностью ее вращения вокруг оси, перпендикулярной направлению перемещения камеры. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно содержит фиксатор пластины в вертикальном и наклонном положениях для снятия застывшего шлака. 7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно содержит емкость для воды, связанную с системой для подачи воды в верхнюю часть каналов, а система для сбора воды связана с системой ее очистки и извлечения солей, выход которой связан с системой охлаждения перекрытия и стенок камеры, и выход системы охлаждения связан с емкостью для воды. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что емкость для воды содержит сепарации шлака, выполненную в виде решеток с размером ячеек с уменьшением к нижней части емкости.