РЕАКТОР ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДОВ Российский патент 2000 года по МПК F23G5/30 

Изобретение относится к области термического обезвреживания отходов и может быть использовано для совместного или раздельного огневого обезвреживания отходов, различных по агрегатному состоянию или крупности, например медицинских отходов, отходов фармацевтической, химической промышленности, а также бытовых отходов.

Известен /US 5039301, кл. F 27 В 15/00, 13.08.1991/ реактор вращающегося кипящего слоя для термического обезвреживания отходов, содержащий камеру с плоской позонно продуваемой решеткой и дефлектором с вогнутой поверхностью. Наличие дефлектора обеспечивает вращение кипящего слоя обрабатываемых отходов в плоскости практически перпендикулярной плоскости решетки, снижая абразивный износ стенок камеры и повышая эффективность обработки отходов.

Однако при термическом обезвреживании отходов, различных по агрегатному состоянию и крупности, в известном реакторе практически невозможно создание оптимальных режимов обработки для всех типов отходов.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по достигаемому результату и совокупности существенных признаков является реактор для термического обезвреживания отходов /WO 86/03279, кл. F 23 G 5/30, 05.06.1986/, включающий сужающуюся кверху камеру сжигания по крайней мере с одной криволинейной в вертикальном сечении стенкой-дефлектором по крайней мере с одним каналом для подачи газа в кипящий слой обрабатываемых отходов. Позонно продуваемая решетка для создания кипящего слоя обрабатываемых отходов в камере сжигания выполнена ступенчатой с переменными горизонтальными и вертикальными поверхностями, наклонной в сторону зоны выгрузки твердых остатков термической обработки. Ниже решетки выполнены подающие трубопроводы для подачи газообразного или жидкого топлива или отходов. По крайней мере один канал загрузочного устройства сообщен с камерой сжигания выше верхнего уровня наклонной решетки в зоне загрузки отходов, противоположной зоне выгрузки. Камера сжигания в верхней ее части сообщена с размещенной над ней камерой дожигания со средством для подачи вторичного газа, ось которого ориентирована вниз в направлении камеры сжигания.

Известное устройство также не обеспечивает возможности создания оптимальных режимов обработки для различных типов отходов в кипящем слое, особенно при наличии крупных кусков. Время обработки крупных кусков в кипящем слое мало и необработанные крупные куски проскакивают в зону выгрузки.

Задачей изобретения является повышение эффективности термической обработки отходов, различных по агрегатному состоянию и крупности, в частности, за счет увеличения времени пребывания в зонах термообработки крупных кусков отходов.

Сформулированная задача решается за счет того, что в реакторе для термического обезвреживания отходов, включающем камеру сжигания с криволинейной в вертикальном сечении стенкой-дефлектором с каналами для подачи газа в кипящий слой обрабатываемых отходов, содержащую позонно продуваемую решетку, наклонную в сторону зоны выгрузки зольных остатков термической обработки отходов, размещенные ниже решетки средства для подачи через решетку газообразного и/или жидкого топлива или отходов, по крайней мере один канал загрузочного устройства, размещенный выше верхнего уровня наклонной решетки, и сообщенную с камерой сжигания в верхней ее части камеру дожигания со средством для подачи вторичного газа, решетка выполнена с различными углами наклона в зонах загрузки и сушки, сжигания, газификации, дожигания зольных остатков и выгрузки, средство для подачи вторичного газа выполнено в виде ориентированных навстречу друг другу сопел, размещенных на расстоянии 0,5-1,0 ширины камеры дожигания друг от друга, в ярусах на расстоянии 0,5-2,5 ширины камеры дожигания от верхнего края стенки-дефлектора, обеспечивающих создание высокоскоростного вращающегося потока, а оси каналов для подачи газа в стенке-дефлекторе ориентированы в направлении вращения кипящего слоя.

Решетка может быть выполнена ступенчатой с порогами для усиления разрушения зольных остатков.

Решетка в зоне загрузки может быть выполнена в виде механизированной колосниковой решетки.

Сопла подачи вторичного газа в камере дожигания ориентированы навстречу друг другу со смещением их осей относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось канала загрузочного устройства, причем вертикальные плоскости, проходящие через оси сопел подачи вторичного газа, параллельны аналогичным плоскостям, проходящим через оси каналов загрузочных устройств.

Сопла подачи вторичного газа могут быть установлены с возможностью изменения угла наклона их осей к горизонту.

Углы наклона решетки выбирают таким образом, чтобы увеличить время пребывания крупнокусковых отходов в зонах сушки и сжигания, а зольные остатки дожигаются в форсированной зоне реактора, образуемой при наложении вращающихся потоков камер сжигания и дожигания.

Выполнение стенки-дефлектора с каналами для подачи газа на отдув вращающегося кипящего слоя позволяет изменить угол удара частиц о поверхность стенки. Радиус кривизны поверхности стенки-дефлектора выбирают таким образом, чтобы угол соударения частиц с поверхностью дефлектора был оптимален с точки зрения его минимального износа и, предпочтительно, составлял около 40^o.

Размещение сопел подачи вторичного газа, ориентированных навстречу друг другу в камере дожигания на расстоянии 0,5-1,0 ширины камеры дожигания друг от друга, обеспечивает создание высокоскоростного вращающегося потока газообразных, летучих остатков термообработки отходов и легких частиц отходов, вследствие чего повышается эффективность и полнота их дожигания.

При размещении сопел на расстоянии менее 0,5 ширины камеры дожигания друг от друга эффективность закрутки вращающегося слоя снижается и, соответственно, резко падает степень дожигания.

При размещении сопел в ярусах ниже чем 0,5 ширины камеры дожигания от верхнего края стенки-дефлектора отмечено негативное влияние создаваемого им вращающегося потока на вращение кипящего слоя в камере сжигания. При увеличении этого расстояния выше 2,5 ширины камеры дожигания уменьшается время пребывания газообразных, легких и летучих составляющих в камере дожигания, что отрицательно влияет на экологические характеристики реактора.

Выбор угла наклона осей сопел к горизонту определяется эффективностью отдува легких и летучих составляющих отходов в зоне загрузки. Увеличение угла наклона осей сопел к горизонту с противоположной стороны от загрузочного устройства, по сравнению с углом наклона со стороны загрузки, повышает эффективность отдува легких фракций отходов и внедрения их во вращающийся кипящий слой.

Схематическое изображение реактора представлено на фигурах 1-4.

Фиг. 1 - реактор, сечение в вертикальной плоскости.

Фиг. 2 - горизонтальное сечение реактора на уровне размещения сопел камеры дожигания /камера сжигания не показана/.

Фиг. 3 - варианты выполнения стенки-дефлектора.

Фиг. 4 - наклонная позонно продуваемая решетка, вертикальное сечение.

Реактор /фиг. 1/ включает камеру сжигания 1 и камеру дожигания 2. Камера сжигания 1 выполнена с криволинейной в вертикальном сечении стенкой-дефлектором 3 с каналами 4 для подачи газа в кипящий слой термообрабатываемых отходов. Оси каналов 4 ориентированы в направлении вращения кипящего слоя. Позонно продуваемая решетка 5 выполнена наклонной в сторону зоны выгрузки 6 зольных остатков термической обработки /сжигания/ отходов. Углы наклона решетки различны в зонах загрузки и сушки α₁, сжигания и газификации α₂, дожигания α₃. В зоне загрузки твердых кусковых отходов секция решетки 7 выполнена в виде колосниковой немеханизированной либо механизированной решетки - валковой, наклонно-переталкивающей. Ниже решетки размещены короба 8-11 для подачи газообразного и/или жидкого топлива или отходов. Канал загрузки отходов 12 размещен выше верхнего уровня решетки.

Сопла для подачи вторичного газа 13, ориентированные навстречу друг другу, установлены на расстоянии 0,5-1,0 ширины камеры дожигания друг от друга, в ярусах на расстоянии от верхнего края стенки-дефлектора 3, равном 0,5-2,5 ширины камеры дожигания.

Система сопел подачи вторичного газа 13 в камере дожигания расположена выше канала загрузки отходов 12. Оси сопел 13 в вертикальной плоскости направлены под углом к горизонту. Причем угол наклона α₄ и α₅ изменяется от 0^o /горизонтальное размещение сопел/ до оптимального значения.

На фиг. 2 показано размещение сопел 13 подачи вторичного газа, ориентированных навстречу друг другу со смещением их осей относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось канала загрузочного устройства 12, причем вертикальные плоскости, проходящие через оси сопел 13 подачи вторичного газа, параллельны аналогичным плоскостям, проходящим через ось загрузочного канала 12.

На фиг. 4 показано выполнение наклонной решетки 5 ступенчатой с вертикальными участками 14,15 различной высоты. Около вертикального участка решетки выполнены пороги 16 для разбивания крупных зольных остатков.

При работе реактора промышленные или городские крупнокусковые отходы /в том числе медицинские/ после отделения металла и стекла подают через канал загрузки 12 на валковую решетку 7. Шламовые отходы, а также жидкотекучие пастообразные отходы подают вместе с природным газом через колосниковую решетку с использованием коробов 9, 10. Подачей воздуха через каналы 4 стенки-дефлектора 3 осуществляют отдув кипящего слоя термообрабатываемых отходов в направлении вращения слоя. Твердые остатки сжигания и газификации перемещаются по наклонной позонно продуваемой решетке 5 в сторону зоны выгрузки 6. Угол наклона валковой решетки α₁ больше угла наклона α₂, причем α₁ и α₂ меньше угла наклона α₃ . Такое соотношение углов наклона решетки по зонам обеспечивает увеличение времени пребывания крупнокусковых отходов в начальной зоне и дообработку зольных остатков в форсированной зоне реактора. Для подачи через сопла вторичного газа в камере дожигания используют газообразные продукты сжигания отходов вместе с воздухом. Угол наклона сопла со стороны канала загрузки α₄ = 20^o к горизонту, угол α₅ = 30^o.

Сопла подачи вторичного газа размещены на расстоянии от верхнего края стенки-дефлектора 1,2 ширины камеры дожигания, а расстояние между встречно-ориентированными соплами составляет 0,7 ширины камеры дожигания. При этом обеспечивается отдув легких и летучих фракций отходов в зоне загрузки и полное дожигание их во вращающемся слое. Наложение вращающегося потока, создаваемого соплами подачи вторичного газа и вращающегося потока камеры сжигания, обеспечивает создание форсированной зоны, в которой полностью дожигаются зольные остатки термообработки отходов. Удаление зольных частиц с поверхности крупнокусковых отходов обеспечивает повышение степени их термообработки. Удаляемые из реактора зольные остатки не содержат вредных и опасных компонентов. Полнота дожигания газообразных продуктов теромообработки отходов позволяет снизить требования к системам очистки отходящих газов без нарушения экологических требований.

Изобретение может быть использовано для совместного или раздельного огневого обезвреживания отходов различных по агрегатному состоянию и крупности, в том числе крупнокусковых отходов, например отходов фармацевтической, медицинской, химической промышленности, а также бытовых отходов. Технический результат: повышение эффективности термического обезвреживания отходов, различных по агрегатному состоянию и крупности, в частности, за счет увеличения времени пребывания в зонах термообработки крупных кусков. Реактор включает камеру сжигания с криволинейной в вертикальном сечении стенкой-дефлектором с каналами для подачи газа, содержащую позонно продуваемую решетку, наклонную в сторону зоны выгрузки, размещенные ниже решетки средства для подачи газообразного и/или жидкого топлива или отходов, канал загрузочного устройства, размещенный выше верхнего уровня наклонной решетки, камеру дожигания. Решетка выполнена с различными углами наклона в зонах. Сопла для подачи вторичного газа в камеру дожигания ориентированы навстречу друг другу и размещены на расстоянии 0,5-1,0 ширины камеры дожигания друг от друга в ярусах на расстоянии от верхнего края стенки дефлектора 0,5-2,5 ширины камеры дожигания и обеспечивают создание высокоскоростного вращающегося потока. Оси каналов для подачи газа в стенке-дефлекторе ориентированы в направлении вращения кипящего слоя. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Реактор для термического обезвреживания отходов, включающий камеру сжигания с криволинейной в вертикальном сечении стенкой-дефлектором с каналами для подачи газа в кипящий слой обрабатываемых отходов, содержащую позонно продуваемую решетку, наклонную в сторону зоны выгрузки зольных остатков термической обработки отходов, размещенные ниже решетки средства для подачи через решетку газообразного и/или жидкого топлива или отходов, по крайней мере, один канал загрузочного устройства, размещенный выше верхнего уровня наклонной решетки, и сообщенную с камерой сжигания в верхней ее части камеру дожигания со средствами для подачи вторичного газа, отличающийся тем, что решетка выполнена с различными углами наклона в зонах загрузки, сушки, сжигания, газификации отходов, дожигания зольных остатков термообработки и выгрузки, средство для подачи вторичного газа в камере дожигания выполнено в виде ориентированных навстречу друг другу сопел, размещенных на расстоянии 0,5-1,0 ширины камеры дожигания друг от друга, в ярусах на расстоянии от верхнего края стенки-дефлектора 0,5-2,5 ширины камеры дожигания, обеспечивающих создание вращающегося потока, а оси каналов для подачи газа в стенке-дефлекторе ориентированы в направлении вращения кипящего слоя. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что решетка образована ступенями, на которых размещены пороги для усиления разрушения зольных остатков. 3. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что в зоне загрузки решетка выполнена в виде механизированной колосниковой решетки. 4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что сопла подачи вторичного газа в камере дожигания расположены выше загрузочного канала, ориентированы навстречу друг другу со смещением их осей относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось канала загрузочного устройства, причем вертикальные плоскости, проходящие через оси сопел подачи вторичного газа, параллельны аналогичным плоскостям, проходящим через оси каналов загрузочных устройств. 5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что сопла подачи вторичного газа установлены с возможностью изменения угла наклона их осей к горизонту.