УСТАНОВКА ДЛЯ УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ, ИНФИЦИРОВАННЫХ МЕДИЦИНСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И ДРУГИХ ОПАСНЫХ МАТЕРИАЛОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ ТРУПОВ ЖИВОТНЫХ Российский патент 2000 года по МПК F23G5/00 F23G7/00 

Изобретение относится к средствам для уничтожения и обезвреживания различных опасных медицинских, биологических и химических отходов, в частности инфицированных биологических материалов, в том числе трупов животных, в стационарных и полевых условиях.

Известно устройство, реализующее способ сжигания трупов животных в полевых условиях, выполненное в виде отрытой в земле и оборудованной воздухоподающим каналом и колосниками траншею, которая имеет по всей длине в центральной части углубление, сообщающееся по торцам траншеи с атмосферой, при этом сверху траншея прикрыта листовым железом (см., например, патент РФ N 2075932 C1, кл. A 01 M 19/00, 27.03.1997).

Указанное устройство экологически небезопасно, т.к. продукты сгорания попадают в атмосферу, а при условии неполного сгорания опасных материалов возможно заражение людей и животных. Кроме этого, отрытие траншей требует больших затрат времени и не всегда возможно, особенно в условиях населенных пунктов, каменистой почвы и т.п., а главное - процесс сжигания плохо контролируем и идет только при определенном и постоянном направлении ветра.

Известна печь для термического уничтожения отходов пиротехнического производства, содержащая камеру сжигания с колосниковой решеткой, систему очистки продуктов сгорания и отстойник для отделения очищающей жидкости от шлама (см., напр., патент РФ N 2015454 C1, кл. F 23 G 7/00, 30.06.1994).

Однако данная установка имеет очень сложную систему отсоса и очистки продуктов сгорания: две ступени абсорберов с инжекционными насосами, сепарационной камерой и змеевиковым теплообменником.

При этом не обеспечивается достаточная очистка продуктов сгорания и оптимальное сжигание материалов из-за невозможности регулирования расхода газового потока и температуры продуктов сгорания, что кроме загрязнения атмосферы, приводит к увеличению затрат топлива и времени на сжигание.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к данному техническому решению является установка для уничтожения химических, инфицированных медицинских и биологических отходов и других опасных материалов, в том числе трупов животных, включающая рабочую камеру для термического разложения и сжигания объектов, снабженную колосниковой решеткой и теплоизоляцией, размещенную с зазором внутри внешней камеры, и систему очистки продуктов сгорания, причем в стенках рабочей и внешней камер выполнены отверстия, сообщающие внутреннюю полость рабочей камеры с атмосферой (US 3177827 A, кл. F 23 G 1/00, 13.04.1965).

Но и эта установка не обеспечивает достаточную очистку продуктов сгорания и оптимальное сжигание материалов из-за невозможности регулирования расхода газового потока и температуры продуктов сгорания, что кроме загрязнения атмосферы, приводит к увеличению затрат топлива и времени на сжигание.

Задачей изобретения является исключение загрязнения окружающей природной среды, а также сокращение затрат топлива и времени на сжигание.

Эта задача решается за счет того, что известная установка для сжигания биологических объектов и опасных материалов, содержащая рабочую камеру для термического разложения и сжигания с колосниковой решеткой и теплоизоляцией, размещенную с зазором внутри внешней камеры, систему очистки продуктов сгорания, причем в стенках рабочей и внешней камер выполнены отверстия, сообщающие внутреннюю полость рабочей камеры с атмосферой, снабжена двухконтурной системой отсоса, один из контуров которой сообщен с полостью рабочей камеры и системой очистки, другой - с межкамерным пространством и выбросом в атмосферу, система очистки продуктов сгорания выполнена со средством подачи очищающей жидкости и с отстойником для отделения от нее шлама, в стенках рабочей и внешней камер выполнены дополнительные отверстия, сообщающие, соответственно, внутреннюю полость рабочей камеры и межкамерный зазор с атмосферой и системами отсоса и очистки, при этом отверстия в торцевых стенках камер выполнены с регулируемым проходным сечением, а камеры установлены с возможностью поворота вокруг их продольной оси.

Дополнительно задача решается за счет того, что на выходе рабочей камеры установлен пламегаситель, а система отсоса снабжена установленным на выходе рабочей камеры эжектором или вентилятором.

Кроме этого, установка может быть выполнена в виде вертикальной колонны с завихрителем, за которым установлена поджимающая газовый поток продуктов сгорания дроссельная шайба, при этом средство подачи очищающей жидкости установлено вблизи верхнего среза вертикальной колонны и выполнено в виде щелевого сопла, формирующего пленочное течение жидкости по стенкам колонны в противотоке с газовым потоком продуктов сгорания.

Вертикальная колонна может быть установлена над отстойником, в верхней части которого размещена камера для приема, расширения и смешения продуктов сгорания с атмосферным воздухом.

Вентилятор может быть установлен на выходе из вертикальной колонны (колонн, соединенных параллельно) или на входе рабочей камеры.

Система очистки может содержать несколько вертикальных колонн, соединенных параллельно.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1-10, где на фиг. 1 приведена блок-схема выполнения установки со схематически изображенной рабочей камерой. На фиг. 2-3 приведен пример конструктивного выполнения рабочей камеры: продольный разрез общего ее вида и вид сбоку соответственно. На фиг. 4-5 показано исполнение фильтра-пламегасителя вихревого типа: общий вид и вид сверху соответственно. На фиг. 6 приведен пример выполнения системы очистки продуктов сгорания с отстойником для очищающей жидкости и с камерой для расширения и смешения продуктов сгорания. На фиг. 7-10 приведены различные компоновочные размещения тяго-дутьевой машины или использования компрессора для забора атмосферного воздуха и отсоса продуктов сгорания.

Уничтожаемый объект 1 размещают в рабочей камере 2 на колосниковой решетке 3. Внутри камера 2 облицована теплоизоляцией 4 (например, шамотовыми плитами типа ШВП). Рабочая камера 2 размещена внутри внешней камеры 5. Камеры 2 и 5 установлены на осях - цапфах 6, обеспечивающих поворот их вокруг продольной оси для обеспечения опорожнения рабочей камеры от зольных остатков после уничтожения объекта 1. Рабочая камера 2 размещена внутри внешней камеры 5 с межкамерным зазором 7, образующим внешний замкнутый воздушный контур охлаждения рабочей камеры 2 (при необходимости через этот контур может прокачиваться и другой какой-либо известный теплоноситель). В торцевых стенках камер 2 и 5 (на входе и выходе) выполнены отверстия 8 и 9, 10 соответственно регулируемого проходного сечения, например, снабженные специальными регуляторами 11, как показано на фиг. 1. Отверстие 8 сообщает (через регуляторы 10) рабочую камеру и межкамерный зазор 7 с атмосферой, а отверстия 9, 10 - с системой отсоса и очистки, а также с выбросом в атмосферу из межкамерного зазора 7 (через отверстия 10 на выходе).

Регулирование расхода воздуха, прокачиваемого через рабочую камеру 2 и внешний контур охлаждения - зазор 7, а также регулирование доли подмешиваемого к продуктам сгорания и выбрасываемого в атмосферу из внешнего контура охлаждения 7 воздуха производится вручную или автоматически с помощью блока управления 11. Это регулирование необходимо для обеспечения оптимизации процесса уничтожения объекта, характеризующегося температурой в зоне горения, контролируемой дистанционным пирометром или термовизором (на схеме не показаны) и температурой продуктов сгорания, измеряемой, например, термопарой 12. Температура в зоне горения может оцениваться и визуально по яркости свечения во фронте пламени, видимого через просветы в порах порошкового состава фильтрационного горения (ПСФГ). Температура в зоне горения зависит от типа уничтожаемых отходов и скорости фильтрации окислителя (воздуха) через поры состава к фронту горения, которая регулируется расходом прокачиваемого через рабочую камеру 2 воздуха. Температура продуктов сгорания на входе в систему очистки регулируется расходом подмешиваемого воздуха из контура охлаждения 7 и/или подмешиванием атмосферного воздуха в смесителе - эжекторе 14. В случае особо высоких температур продуктов сгорания и больших интенсивностях горения на выходе из рабочей камеры 2 устанавливают фильтр - пламегаситель 15, например, вихревого типа с жаропрочным сетчатым фильтром, который одновременно позволяет осуществить первичную "грубую" очистку продуктов сгорания от пылевых частиц за счет осаждения при тангенциальной подаче на вход 17 фильтра пламегасителя 15 и улавливания сетчатым фильтром 16, выполненном в виде стакана, размещенного по центру корпуса фильтра-пламегасителя 15 перед патрубком 18 на его выходе. Отсос продуктов сгорания производится с помощью указанной тяго-дутьевой машины 19 и/или дополнительно указанным эжектором-смесителем 14. Разбавление в эжекторе-смесителе 14 продуктов сгорания атмосферным воздухом одновременно с их охлаждением обеспечивает увеличение объемного расхода продуктов сгорания, снижение концентраций загрязняющих веществ в них и, следовательно, их более эффективную очистку системой очистки 20, комплексно показанной на фиг. 6. В систему очистки 20 продукты сгорания поступают через вход расширителя 21, где они расширяются, что приводит к их дополнительному охлаждению и к определенной очистке от крупных твердых частиц (за счет осаждения). После чего продукты сгорания поступают в вертикальную колонну 23 с завихрителем 24 на входе для создания восходящего цилиндрического вихря с пониженным давлением и концентрациями в центре и их ростом по периферии. Это способствует сепарации (коагуляции) мелких жидких и аэрозольных частиц и их укрупнению и, следовательно, повышению эффективности очистки. За завихрителем 24 поток продуктов сгорания поджимают с помощью, например, дроссельной шайбы-диафрагмы 25. За счет поджатая поперечное сечение закрученного потока продуктов сгорания уменьшают до 0,65 - 0,85 от его начального сечения. Поджатие позволяет создать две отрывные зоны: перед диафрагмой и за ней, в которых возникают циркуляционные зоны, способствующие захвату и осаждению загрязняющих веществ из продуктов сгорания, особенно в условиях, когда на восходящий поток продуктов сгорания воздействуют очищающей жидкостью в противотоке, поток которой создают с помощью средства ее подачи в виде емкости (26) со щелевым кольцевым соплом (27) вблизи верхнего среза колонны (23) и формирующего пленочное течение жидкости по стенкам колонны 23. Очищающая жидкость подается в емкость 26 из отстойника 28 через фильтр 29 с помощью насоса 30. Колонна 23 установлена над отстойником 28, в верхней части которого выполнена камера (полость) для приема, расширения и смешения продуктов сгорания с атмосферным воздухом. Отрывная зона, образующаяся за диафрагмой 25, разрушает пленку жидкости, из-за низкого давления в центре вихря она распыляется и эффективно захватывает загрязняющие вещества, растворяет газообразные и смачивает твердые частицы - "эмульгирует", что способствует их коагуляции.

В зависимости от загрузки рабочей камеры 2 (объема и типа уничтожаемых отходов), необходимого (заданного) времени уничтожения и климатических условий требуется различное количество топлива (ПСФГ), слоем которого обсыпают уничтожаемый объект 1, и различные расходы воздуха, прокачиваемого через зону горения, а также используемого в контуре охлаждения и подмешиваемого к продуктам сгорания. При этом возникает необходимость реализации различных и изменяемых в широких пределах расходах прокачиваемых газов через различные контуры и узлы установки.

При больших расходах газа, поступающего в систему очистки 20 (больших объемах продуктов сгорания или необходимости использования большого количества охлаждающего газа, в том числе для разбавления продуктов сгорания), необходимо использование нескольких однотипных очистных колонн 23, соединенных параллельно (фиг. 9, 10). Это позволяет производить эффективно очистку различных объемов выбрасываемых в атмосферу отходящих газов в оптимальном режиме.

В зависимости от загрузки, загрязненности продуктов сгорания и их температуры меняется сопротивление различных участков газодинамического тракта установки. Это требует применения различных компоновочных схем размещения тяго-дутьевой машины 19 (вентилятора или компрессора), работающей по схеме отсоса или нагнетания (фиг. 7-10).

При небольших расходах образующихся продуктов сгорания можно обойтись и без тяго-дутьевой машины 19, роль которой в этом случае выполняет эжектор 14, а в условиях небольших температур продуктов сгорания, их малой загрязненности, но достаточно больших расходах вместо эжектора используют вентилятор (см. фиг. 8). Большие загрузки рабочей камеры 2 и большие объемы используемого ПСФГ требуют размещения вентилятора (компрессора) 19 по схеме нагнетания перед рабочей камерой 2 (фиг. 9). При высокой загрязненности продуктов сгорания и их высокой температуре, а также при больших расходах газов, поступающих в систему очистки 20, особенно когда требуется установка нескольких вертикальных очистных колонн 23, целесообразно размещение вентилятора 19 на выходе колонны (колонн) 23, как это показана на схеме фиг. 10.

В настоящее время чрезвычайно остро стоит проблема ликвидации последствий различных экологических загрязнений, в том числе биологическими материалами (БМ).

Падеж животных, вызванный различными экстремальными условиями (землетрясение, наводнение, эпидемии и т.д.), представляет большую опасность для окружающей природы.

Биологические материалы быстро становятся источниками накопления трупного яда, вирусов, бактерий и резко нарушают экологическую обстановку почвы, водоемов и воздуха. Транспортировка БМ (особенно инфицированных) для уничтожения их в стационарных условиях зачастую запрещается из-за возможного распространения инфекций или, в тех случаях, когда это возможно, требует применения специального транспорта. В таких случаях наиболее эффективное решение - быстрое уничтожение БМ непосредственно на местах обнаружения с целью пресечения возможного распространения эпидемии.

Не менее остро стоит проблема уничтожения различных химических, медицинских и биологических материалов, которые накапливаются в результате деятельности медицинских учреждений, предприятий пищевой промышленности, таможенных служб и т.п.

Устройство и используемый в нем порошковый состав фильтрационного горения (ПСФГ) апробированы в НИИ прикладной химии и во ВНИИ ветеринарной санитарии, гигиены и экологии в разработанной авторами технологии уничтожения биологических материалов, на основании которой составлено "Наставление по сжиганию биологических отходов с применением топлива высокотемпературного горения и контактного нагрева типа ПСФГ" (порошковый состав фильтрационного горения), утвержденное заместителем руководителя Департамента ветеринарии Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ. Разработанные состав и способ уничтожения соответствуют "Ветеринарно-санитарным правилам сбора, утилизации и уничтожения биологических отходов", утвержденным Главным Государственным ветеринарным инспектором РФ от 04.12.95 г., и позволяют существенно обезопасить процесс уничтожения и исключить загрязнение окружающей среды.

Высокая эффективность процесса сжигания биологических материалов (БМ) с помощью ПСФГ обеспечивается тем, что продукты дегидратации и пиролиза веществ, входящих в состав сжигаемого материала (углеводы, жиры, аминокислоты и др. ), являются активной окислительной средой по отношению к компонентам ПСФГ.

Специфика технологического процесса и предлагаемая установка обеспечивают высокую эффективность уничтожения БМ при помощи ПСФГ, что основывается на феномене фильтрационного горения. Фильтрационным горением называется распространение волн экзотермического превращения в пористой среде при фильтрации газа (в данном случае окислителя). Фильтрация окислителя при этом происходит за счет возникшей разности концентраций окислителя во фронте горения. Фронт горения, таким образом, действует как своеобразный насос, засасывающий воздух и другие окислители в поры между частицами ПСФГ. Поскольку фронт горения работает как насос, всасывающий газообразные и парообразные продукты дегидратации и пиролиза БМ внутрь слоя раскаленного ПСФГ, покрытого прочной шлаковой коркой, то практически исключается выброс газообразных продуктов горения в окружающую среду.

Использование данной установки позволяет существенно повысить эффективность процесса сжигания биологических и других опасных материалов: значительно сокращается время сжигания, увеличивается полнота сгорания, исключается выброс вредных веществ в окружающую среду.

Изобретение относится к области уничтожения высокотоксичных химических, медицинских, биологических и других опасных материалов, в частности инфицированных трупов животных. Технический результат: повышение безопасности процессов обезвреживания и предупреждение загрязнения окружающей среды продуктами горения. Установка для сжигания материалов содержит рабочую камеру для термического разложения и сжигания объектов, снабженную колосниковой решеткой и теплоизоляцией, размещенную с зазором внутри внешней камеры. Камеры установлены с возможностью поворота вокруг продольной оси. В торцевых стенках камер выполнены отверстия регулируемого проходного сечения, сообщающие внутреннюю полость рабочей камеры и межкамерный зазор с атмосферой и системой отсоса, которая при этом выполнена двухконтурной. Один из контуров сообщен с полостью рабочей камеры и системой очистки, а другой - с межкамерным пространством и выбросом в атмосферу. Система очистки выполнена со средством подачи очищающей жидкости и отстойником для отделения от нее шлама. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Установка для уничтожения химических, инфицированных медицинских и биологических отходов и других опасных материалов, в том числе трупов животных, включающая рабочую камеру для термического разложения и сжигания объектов, снабженную колосниковой решеткой и теплоизоляцией, размещенную с зазором внутри внешней камеры, и систему очистки продуктов сгорания, причем в стенках рабочей и внешней камер выполнены отверстия, сообщающие внутреннюю полость рабочей камеры с атмосферой, отличающаяся тем, что она снабжена двухконтурной системой отсоса, один из контуров которой сообщен с полостью рабочей камеры и системой очистки, а другой - с межкамерным пространством и выбросом в атмосферу, система очистки продуктов сгорания выполнена со средством подачи очищающей жидкости и с отстойником для отделения от нее шлама, в стенках рабочей и внешней камер выполнены дополнительные отверстия, сообщающие соответственно внутреннюю полость рабочей камеры и межкамерный зазор с атмосферой и системами отсоса и очистки, при этом отверстия в торцевых стенках камер выполнены с регулируемым проходным сечением, а камеры установлены с возможностью поворота вокруг их продольной оси. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на выходе рабочей камеры установлен пламегаситель. 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена вентилятором, установленным на входе рабочей камеры. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система отсоса снабжена установленным на выходе рабочей камеры эжектором или вентилятором. 5. Установка по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что система очистки выполнена в виде вертикальной колонны с завихрителем, за которым установлена поджимающая газовый поток продуктов сгорания дроссельная шайба, при этом средство подачи очищающей жидкости установлено вблизи верхнего среза вертикальной колонны и выполнено в виде щелевого сопла, формирующего пленочное течение жидкости по стенкам колонны в противотоке с газовым потоком продуктов сгорания. 6. Установка по п.1 или 5, отличающаяся тем, что вертикальная колонна установлена над отстойником, в верхней части которого размещена камера для приема, расширения и смешения продуктов сгорания с атмосферным воздухом. 7. Установка по любому из пп. 1 - 5, отличающаяся тем, что система очистки содержит несколько вертикальных колонн, соединенных параллельно. 8. Установка по любому из пп.1, 4 - 6, отличающаяся тем, что она снабжена вентилятором, установленным на выходе из вертикальной колонны или колонн.