УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1999 года по МПК F23G5/00 

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых отходов с получением в качестве конечных продуктов экологически чистых дымовых газов и шлаков и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и промышленности.

Эффективность работы установок огневого обезвреживания отходов во многом зависит от принятой энерготехнологической схемы и типа применяемых реакторов.

При огневом обезвреживании бытовых и производственных отходов дымовые газы в большинстве случаев загрязнены пылью, токсичными газообразными компонентами в виде кислот и ангидридов, диоксинов, фуранов и так далее. Причем вредные и токсичные элементы требуют для каждой группы отдельных реакторов с определенными термохимическими условиями.

Известна установка для сжигания бытовых отходов, содержащая камеру сжигания, камеру дожигания с разделением газового и золового потоков (Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. "Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов", М.: Химия, 1990, стр.39, рис.2.5).

Недостатком данной установки является отсутствие реакторов для очистки газов, громоздкость конструкции, отсутствие оптимальных условий обработки как газовой составляющей, так и зольного остатка.

Известна установка для сжигания бытовых отходов, включающая блок предварительной сушки отходов, путем разделения жидкой и твердой фаз, реактор для сжигания сухих отходов, блок дожигания отходящих газов, включающих шиберный затвор, трубопровод и топку, скруббер с трехступенчатым блоком очистки газов с последовательно размещенными насадками из базальта, туфа и активированного угля. При прохождении через насадки и за счет орошения водой температура отходящих газов снижается (Авторское свидетельство 1716257, кл. F 23 G 5/00, 1992).

Известная установка компактна, но не обеспечивает достаточной степени обезвреживания отходов и отходящих газов процесса сжигания и характеризуется относительно высокими энергозатратами, обусловленными высокими теплопотерями при осуществлении процесса.

Изобретением решается задача повышения степени очистки газов от вредных и токсичных составляющих при снижении теплопотерь и тем самым снижение энергоемкости процесса сжигания отходов, снижение материалоемкости установки и затрат на ее изготовление.

Сформулированная задача решается за счет того, что в установке для сжигания бытовых отходов, включающей блок предварительной сушки отходов, реактор, блок дожигания отходящих газов, скруббер-охладитель и блок очистки отходящих газов, реактор выполнен в виде пиролизной камеры с примыкающей к ней, с образованием единого газового пространства плавильной электропечью, блок дожигания и блок очистки отходящих газов пиролиза размещены по ходу отходящих газов перед скруббером-охладителем и выполнены в виде термохимического реактора с футерованным изнутри огнеупорным материалом металлическим корпусом, разделенным вертикальными перегородками на три камеры, первая из которых - по ходу отходящих газов пиролиза - камера дожигания - со стороны стенки корпуса, в нижней ее части сообщена газоходом с газовым пространством пиролизной камеры, снабжена соплом для подачи окислителя, размещенным над входом в камеру дожигания упомянутого газохода, и через отверстие, выполненное в верхней части вертикальной перегородки, сообщена со второй камерой, снабженной размещенным в верхней ее части блоком подачи реагентов для очистки газов от кислот и их ангидридов и сообщенной отверстием, выполненным в нижней части вертикальной перегородки с третьей камерой, снабженной блоком подачи реагентов для восстановления окислов азота и теплообменником для нагрева воздуха и сообщенной газоходом в стенке реактора со скруббером-охладителем.

Размещение камер в блоке в указанной последовательности: камера дожигания, камера нейтрализации кислотных окислов и галогенов, камера с теплообменником и восстановлением окислов азота обеспечивает повышение степени нейтрализации вредных и токсичных веществ и позволяет рационально использовать тепло отходящего газа.

Совокупность отличительных признаков предложенной установки поможет обеспечить снижение капитальных и эксплуатационных затрат при использовании этой установки в коммунальном хозяйстве и промышленности.

На чертеже изображена схема предлагаемой установки для сжигания бытовых отходов.

Установка содержит сушильную барабанную печь 1, загружаемую отходами через бункер 2. Барабанная печь 1 соединена с пиролизной камерой 3, которая может быть выполнена как в виде слоевой печи с наклонным подом, так и в виде барабанной печи. Пиролизная камера 3 сообщена с плавильной электропечью 4, образуя с ней единое газовое пространство. Пиролизная камера 3 сообщена газоходом 5 с термохимическим реактором 6, состоящим из металлического корпуса 7, футерованного изнутри огнеупорным материалом. Реактор 6 разделен вертикальными перегородками 8 и 9, выполненными из огнеупорного материала, на три камеры 10, 11 и 12, соединенными между собой отверстиями 13 и 14, выполненными в верхней части перегородки 8 и в нижней части перегородки 9 соответственно. Камера 10 в нижней части сообщена с газоходом 5, а камера 12 в верхней части - с газоходом 15, который сообщен через скруббер-охладитель с системой пылегазоочистки (на чертеже не показана). Камера 10 оборудована соплом 16, соединенным с системой подачи окислителя. Сопло 16 размещено над отверстием входа в камеру 10 газохода 5. Камера 11 снабжена в верхней ее части форсунками 17, соединенными с системой подачи щелочных реагентов. В камере 12 установлен теплообменник (рекуператор) 18 и форсунки 19, соединенные с системой подачи карбамида.

Предложенная установка для сжигания бытовых отходов работает, например, следующим образом.

Переработке подвергают твердые бытовые отходы следующего состава: влажность - до 50%, углеродистая составляющая (органика), включая пластики - до 30%, керамика - до 16%, металлы - до 4%.

Отходы загружают лифтовым подъемником-опрокидывателем в приемную воронку бункера 2, откуда через шлюзовую камеру она попадает в барабанную печь 1. Сушку отходов в барабанной печи проводят за счет противотока части газов из камеры пиролиза или подачи горячего воздуха, подогретого в камере 12 термохимического реактора 6. Температура вдоль оси барабана повышается от 200 до 700^oC. В процессе сушки происходит выделение паров воды, а в последней трети барабана со стороны пиролизной камеры - выделение летучих из органической части отходов. Вследствие наклона барабанной печи на 3^o в сторону пиролизной камеры подсушенные отходы поступают самотеком в пиролизную камеру 3 и перемещаются постепенно вниз по наклонному поду камеры. Температуру в пиролизной камере поддерживают на уровне 1200-1400^oC за счет подачи подогретого воздуха из камеры 12 реактора с избытком кислорода до 20% и с помощью горелок, работающих на жидком или газообразном топливе. В пиролизной камере протекают следующие процессы: полное удаление влаги в дымовые газы; окисление углеродистой части отходов на 80-90%; доокисление углеводородов; полное выделение хлора и фтора благодаря деструкции пластиков с одновременным доокислением углеводородов; термическая деструкция солей, в том числе солей тяжелых металлов, на оксиды металлов и кислотные остатки; перевод серы и фосфора в газообразное состояние. Практически к концу пиролизной камеры на ее наклонном поду образуются остатки углеродистой составляющей отходов, оксиды металлов и керамическая составляющая отходов в сыпучем или вязком состоянии, которые по наклонному поду попадают на поверхность шлаковой ванны в электроплавильной печи. Газовая составляющая отходов, содержащая галогены (хлор и фтор), оксид и диоксид углерода, водяные пары, сажистый углерод, кислотные остатки солей, включающие оксиды серы и фосфора, некоторое количество углеводородов, диоксинов, фуранов и пыли, подается в основном в плавильную электропечь (до 80%) и частично идет противотоком в сушильный барабан. В электропечи 4 осуществляют обработку газовой и минеральной составляющей отходов перегретым шлако-металлическим расплавом при введении в печь щелочноземельных реагентов. Ванна электропечи 4 примыкает к концу наклонной части пиролизной камеры, к ней же примыкает свод печи, в отверстия которого введены графитированные электроды.

Выделение тепла в ванне электропечи осуществляют за счет прохождения в ней тока в бездуговом режиме. При этом путем перемещения электродов и изменения вводимой в шлак мощности поддерживают заданный уровень температуры шлаковой ванны, обычно 1400-1450^oC. Высокая температура шлака и мощное электромагнитное воздействие проходящего через ванну тока обеспечивают полную возможность проведения диффузионных реакций взаимодействия кальция и других компонентов шлака с пиролитическими газами, остатками углеродистой составляющей и оксидами металлов.

На поверхности шлака благодаря низким скоростям газового потока и низкому содержанию кислорода происходят следующие процессы: соединение хлора, фтора, серы, фосфора, кислотных остатков солей тяжелых металлов с кальцием и натрием, содержащимся в стеклах, с образованием соответствующих соединений и их сплавлением с оксидами кремния и алюминия; прохождение углетермических реакций восстановления оксидов тяжелых металлов, образовавшихся после термической деструкции, углеродом отходов в присутствии железа, которое понижает температуру проведения этих реакций на 200 - 300^oC и увеличивает их полноту за счет изъятия восстановленных металлов из зоны реакции путем растворения их в железе; проведение углетермических реакций восстановления оксидов летучих "тяжелых" металлов (цинка, олова, свинца, кадмия) с их возгонкой в газовую фазу.

Жидкофазное разделение базальтоподобного шлака и чугуна позволяет проводить раздельный выпуск из электропечи шлака и чугуна через отдельные летки. Жидкий шлак при сливе из печи гранулируют и используют для производства бетонов.

Обработанный в электропечи газ направляют по газоходу 5 в термохимический реактор 6. Состав газа: окись углерода, сажистый углерод, соединения хлора и фтора с водородом, оксиды азота и другие элементы. Температура отходящего газа 1100 - 1200^oC. Отходящий от печи 4 газ поступает в камеру 10, где проводят дожигание остатков сажистого углерода и окиси углерода до двуокиси углерода посредством подачи воздуха через сопла 16. При этом температура газовой смеси повышается на 40-50^oC. Далее газ поступает через отверстия 13 в камеру 11, где проводят нейтрализацию и связывание в прочные соединения хлористого водорода, фтористого водорода, сернистых и фосфористых кислотных остатков подачей и распылением через форсунки 17 содового раствора с получением порошков соответствующих натриевых солей.

Стехиометрический избыток содового раствора (до 20%) при температурах 1200-1250^oC обеспечивает полное улавливание соответствующих кислотных составляющих. Далее газ поступает из камеры 11 через отверстие 14 в камеру 12. За счет отбора тепла воздухом, проходящим через теплообменник 18, температуру газа снижают до 850-1000^oC, создавая тем самым оптимальные условия для восстановления окислов азота карбамидом. Карбамид с помощью форсунок 19 распыляют в камере 12. Избыток карбамида (~ 20%) и температура газа 850-1000^oC позволяют восстановить более 85% оксидов азота. Очищенный газ из камеры 12 через трубопровод 15 подают в скруббер, где во избежание образования диоксинов газ быстро охлаждают путем впрыскивания мелкодисперсных капель воды в газовую смесь до температуры 180-250^oC. Затем газ из скруббера попадает в систему пылегазоочистки и выбрасывается через трубу в атмосферу.

Выполнение термохимического реактора в виде единого блока, разделенного на отдельные, функционально приспособленные для различных стадий обработки вредных составляющих газа камеры, позволяет обеспечить оптимальные условия очистки газов от вредных и токсичных компонентов и значительно снизить производственные площади для установки реакторов. Значительно снижаются тепловые потери вследствие уменьшения поверхности реакторов. Выполнение перехода газа из камеры в камеру через стенки между ними исключает газоходы, снижает аэродинамическое сопротивление газового тракта. Это позволяет выбрать для установки менее мощный дымосос, снизив тем самым капитальные затраты.

Установка для сжигания бытовых отходов может быть использована в коммунальном хозяйстве и в промышленности. Установка содержит блок предварительной сушки отходов, реактор в виде пиролизной камеры с примыкающей к ней с образованием единого газового пространства плавильной электропечью. Блок дожигания и блок очистки отходящих газов размещены по ходу отходящих газов перед скруббером-охладителем и выполнены в виде термохимического реактора с футерованным изнутри огнеупорным материалом металлическим корпусом, разделенным вертикальными перегородками на три камеры. Первая по ходу отходящих газов камера дожигания со стороны стенки корпуса, в нижнем ее части, сообщена газоходом с газовым пространством пиролизной камеры. Сопло для подачи окислителя размещено над входом газохода в камеру дожигания. Вторая камера сообщена с камерой дожигания через отверстие в верхней части вертикальной перегородки и с третьей камерой -через отверстие в нижней части другой перегородки и снабжена блоком для подачи реагентов для очистки газов от кислот и ангидридов кислот. Третья камера снабжена блоком подачи реагентов для восстановления окислов азота и теплообменником для нагрева воздуха и сообщена со скруббером-охладителем. Техническая задача: повышение степени очистки газов, снижение теплопотерь, снижение энергоемкости процесса сжигания отходов, снижение материалоемкости установки и затрат на ее изготовление. 1 ил.

Установка для сжигания бытовых отходов, включающая блок предварительной сушки отходов, реактор, блок дожигания отходящих газов, скруббер-охладитель и блок очистки отходящих газов, отличающаяся тем, что реактор выполнен в виде пиролизной камеры с примыкающей к ней с образованием единого газового пространства плавильной электропечью, блок дожигания и блок очистки отходящих газов пиролиза размещены по ходу отходящих газов перед скруббером-охладителем и выполнены в виде термохимического реактора с футерованными изнутри огнеупорным материалом металлическим корпусом, разделенным вертикальными перегородками на три камеры, первая из которых по ходу отходящих газов пиролиза камера дожигания со стороны стенки корпуса, в нижней ее части, сообщена газоходом с газовым пространством пиролизной камеры, снабжена соплом для подачи окислителя, размещенным над входом в камеру дожигания упомянутого газохода, и через отверстие, выполненное в верхней части вертикальной перегородки, сообщена со второй камерой, снабженной размещенным в верхней ее части блоком подачи реагентов для очистки газов от кислот и их ангидридов и сообщенной отверстием, выполненным в нижней части вертикальной перегородки, с третьей камерой, снабженной блоком подачи реагентов для восстановления окислов азота и теплообменником для нагрева воздуха и сообщенной газоходом в стенке реактора со скруббером-охладителем.