Способ цикличного сжигания твердых бытовых отходов Российский патент 2004 года по МПК F23G5/00 

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых отходов и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Известен способ термической переработки бытовых отходов в шахтной печи, включающий их подготовку, загрузку в шахту, нагрев в плазменных струях в окислительной среде в герметизированном реакционном пространстве с последующим выпуском образующихся расплавов шлака и металла, а также газов, причем отходящие газы сначала пропускают через теплообменник и утилизируют тепло, а затем очищают и выпускают в атмосферу (патент СССР № 1836603, F 23 G 5/00 "Способ термической переработки бытовых отходов и устройство для его осуществления", опубл. 23.08.93 г.).

Недостатком известного способа является высокая стоимость переработки отходов из-за использования большого количества электроэнергии при низком коэффициенте использования получающегося в результате сгорания отходов тепла за счет низкого КПД системы преобразования тепла в электроэнергию.

Известен способ переработки твердых бытовых отходов путем загрузки их в расплавленную шлаковую ванну совместно со шламами, содержащими сульфат кальция и соединения цветных металлов, и продувки расплава кислородосодержащим газом (патент РФ № 2045708, F 23 G 5/00 "Способ переработки твердых бытовых отходов", опубл. 10.10.95 г.).

Недостатками известного способа являются большие энергозатраты, связанные с поддержанием высокой температуры в ванне жидкого шлака, высокие капитальные вложения и эксплуатационные затраты в связи с использованием компрессорной или кислородной станций для дутья, технические трудности утилизации тепла, содержащегося в жидким шлаковом расплаве.

Известен способ сжигания городских отходов, включающий пиролиз твердых отходов на решетке с подачей первичного воздуха горения из-под решетки и последующее дожигание образующейся газовой фазы с добавлением предварительно нагретого до 800°С вторичного воздуха горения, подаваемого в зону решетки сверху, в камере сгорания, температуру горения в которой поддерживают на уровне не ниже 850°С (патент РФ № 2133408, F 23 G 5/027, 5/08 "Способ сжигания городских отходов и применение образующейся при сжигании золы", опубл. 20.07.99 г.).

Недостатком известного способа является сложность конструкции, так как для полного сжигания отходов необходима камера дожигания отходящих газов и постоянный контроль за температурным режимом процесса сгорания. Кроме этого, недостатком данного способа являются большие энергозатраты, связанные с необходимостью поддержания высокой температуры в камере сгорания и предварительным нагревом до высоких температур подаваемого вторичного воздуха.

Наиболее близким по технической сущности является выбранный в качестве прототипа способ цикличного сжигания твердых бытовых отходов, включающий размещение отходов на опорной поверхности, подачу из-под нее по каналам жидкого кислорода в качестве окислителя, зажигание и сжигание отходов (US 4438708 A, (S-CUBED), 27.03.1984, 6 с.).

К недостаткам известного способа относятся необходимость серьезной геологической разведки для выбора места реализации способа, сложное аппаратурное оформление и сложность управления процессом, а также большие капитальные затраты.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание экономичного, легко управляемого способа сжигания твердых бытовых отходов.

Предложен способ цикличного сжигания твердых бытовых отходов, включающий размещение отходов на решетке, подачу из-под нее окислителя - жидкого кислорода, зажигание и сжигание отходов, новым в котором является то, что управление процессом зажигания твердых бытовых отходов осуществляют при помощи электромагнитов, перемещая пики воспламенения путем поочередного отключения электромагнитов.

Исследования показали, что сжигание твердых бытовых отходов с использованием жидкого кислорода позволяет повысить скорость горения в связи с более высокой концентрацией окислителя, по сравнению с воздухом, на 78% состоящим из азота, повысить полноту сгорания отходов и увеличить температуру продуктов сгорания. При этом температура продуктов сгорания повышается как за счет увеличения количества выделяемой из топлива энергии, так и за счет уменьшения количества нагреваемых веществ (при сжигании в чистом кислороде или в воздухе, обогащенном кислородом, уменьшается относительное количество балластного азота, который в реакции горения не участвует, но, нагреваясь, потребляет тепловую энергию). Высокая температура горения отходов способствует полному разложению сложных углеводородных соединений, то есть на выходе газы не содержат вредных, высокотоксичных веществ, что позволяет исключить операцию доочистки отходящих газов. Повышение полноты сгорания отходов приводит к увеличению выделения тепловой энергии и, соответственно, увеличению количества полезно потребляемой энергии. Кроме повышения экономичности переработка отходов путем сжигания их в среде кислорода позволяет значительно сократить количество дымовых газов за счет исключения из них атмосферного азота.

При проведении поиска по патентной и научно-технической информации не обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом и поясняют чертежом, на котором схематично изображена камера для сжигания отходов.

Твердые бытовые отходы без предварительной обработки (сортировка, сушка) загружают на решетку 1 камеры 2, выполненных из керамики. По патрубку 3 из емкости 4 в нижнюю часть камеры 2 подают порцию жидкого кислорода, необходимую для сжигания загруженных отходов, и включают электромагниты 5, расположенные между решеткой 1 и слоем жидкого кислорода камеры 2 таким образом, что при их включении образующееся электромагнитное поле вытесняет жидкий кислород (являющийся парамагнитной жидкостью) со дна камеры 2 к центру решетки 1, образуя при этом пик, и воспламеняет отходы в точке соприкосновения с жидким кислородом. Поочередное отключение электромагнитов 5 позволяет перемещать пик воспламенения и обеспечивает постепенное зажигание и сжигание отходов по всей зоне решетки 1. Температура горения отходов на решетке 1 достигает более 1000°С. После завершения процесса сжигания порции отходов накопившийся под решеткой 1 мелкозернистый шлак, содержащий только неорганические вещества, выгружают через отверстие 6 в днище камеры 2.

Пример.

Способ сжигания твердых бытовых отходов с использованием жидкого кислорода испытан в лабораторных условиях СП "Уралтранс". Для переработки использовали бытовые отходы общей массой 10 кг следующего состава, мас.%: картон, бумага 29,8; текстиль 10,8; стекло 3,4; пищевые отходы 31,2; металл 12,5; прочие отходы (дерево, резина, пластмасса, кожа и др.) 12,3, и влажностью 40%. Расход жидкого кислорода 1 л.

На основании результатов анализа отходящих газов установлено, что газы состояли из паров воды, окиси углерода, двуокиси углерода, двуокиси серы, азота в количестве, %: Н₂О 25,8, СО 1,8, СО₂ 22,5, SO₂ 0,1, N₂ 49,8. Несгоревших органических веществ в шлаке не обнаружено.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить экологическую чистоту процесса сжигания твердых бытовых отходов за счет последовательного горения отходов в зоне высоких температур и полного разрушения сложных углеводородных соединений, а также увеличить производительность переработки отходов за счет высокой скорости процесса. Кроме этого, способ позволяет перерабатывать отходы без их предварительной подготовки (сортировки, сушки). Образующийся в процессе сжигания отходов мелкозернистый шлак, содержащий только неорганические вещества, можно использовать в стройиндустрии.

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых отходов и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве. Способ цикличного сжигания твердых бытовых отходов включает размещение отходов на решетке, подачу из-под нее окислителя - жидкого кислорода, зажигание и сжигание отходов. Управление процессом зажигания твердых бытовых отходов осуществляют при помощи электромагнитов, перемещая пики воспламенения путем поочередного отключения электромагнитов. Технический результат: экологическая чистота процесса сжигания твердых бытовых отходов за счет последовательного горения отходов в зоне высоких температур и полного разрушения сложных углеводородных соединений, увеличение производительности переработки отходов за счет высокой скорости процесса, переработка отходов без их предварительной подготовки (сортировки, сушки). 1 ил.

Способ цикличного сжигания твердых бытовых отходов, включающий размещение отходов на решетке, подачу из-под нее окислителя - жидкого кислорода, зажигание и сжигание отходов, отличающийся тем, что управление процессом зажигания твердых бытовых отходов осуществляют при помощи электромагнитов, перемещая пики воспламенения путем поочередного отключения электромагнитов.