УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ КРУПНОМЕРНЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2008 года по МПК F23G5/27 C10B53/00 F23G5/46 F23G5/16 

Изобретение относится к области утилизации твердых несортированных бытовых отходов большого размера, например бытовой техники, стволов деревьев, бочек с неизвестным содержимым, кирпичей, кусков бетона и т.д., путем их сжигания.

Известно устройство для сжигания отходов (мусора), содержащее емкость для сжигания мусора с узлом подачи воздуха и узел для удаления продуктов сгорания. Узел подачи воздуха содержит по крайней мере два отверстия. Одно из этих отверстий расположено в первом торце емкости. Второе отверстие расположено во втором, противоположном, торце емкости. Устройство содержит узел для эжекции газа из емкости, выход которого расположен у отверстия второго торца. При этом в качестве узла для эжекции газа емкость может содержать по крайней мере один парогенератор, включающий блок подогрева воды, размещенный в емкости для сжигания мусора у второго ее торца. (Патент России N 2112906, 1998). Данное устройство решает многие проблемы высокоэффективного сжигания мусора, тем не менее его сложно использовать при решении некоторых задач, например непрерывного сжигания мусора.

Была поставлена задача создания такой установки для сжигания отходов, которое обладало бы при сохранении высокой эффективности сжигания более широкими для промышленного использования возможностями, в частности возможностью непрерывной подачи и сжигания мусора.

Задача решается настоящим изобретением.

Устройство для сжигания крупномерных бытовых отходов, содержащее камеру сжигания и регенератор, согласно изобретению содержит расположенные на общем основании и под общей крышей, по меньшей мере, две камеры сжигания, каждая из которых снабжена регенератором периодического действия, при этом между камерами сжигания и регенераторами периодического действия образована смесительная камера, каждый регенератор периодического действия выполнен трехслойным, внутренний слой которого образован из установленных с зазорами полых блоков с внутренним вертикальным каналом каждый, наружный слой выполнен из теплообменных труб, а между внутренним и наружным слоями расположена регенеративная набивка, внутренние вертикальные каналы полых блоков снизу и сверху сообщены между собой горизонтальными каналами, причем нижний горизонтальный канал сообщен через вентилятор с атмосферой, а верхний горизонтальный канал сообщен с камерой сжигания, в смесительной камере между внутренними слоями регенераторов периодического действия и частично между стенками камер сжигания установлена продольная перегородка, при этом нижняя зона каждой камеры сжигания сообщена со смесительной камерой.

Предпочтительно в основании каждой камеры сжигания выполнены поперечные каналы, сообщенные через задвижки со смесительной камерой и с атмосферой, а в верхней части каждой камеры сжигания выполнено окно, сообщенное с верхним горизонтальным каналом соответствующего регенератора периодического действия.

Предпочтительно одна из боковых стенок каждой камеры сжигания выполнена в виде ворот, а остальные боковые стенки, общее основание и общая крыша выполнены из огнеупорного материала.

Часть продольной перегородки и расположенные напротив нее внутренние стенки камер сжигания по всей их высоте могут быть оборудованы электродами, соединенными с генератором постоянного тока.

Регенераторы периодического действия предпочтительно выполнены с общей крышкой в виде огнеупорной заливки, общей боковой стенкой из огнеупорного материала, при этом противоположная боковая стенка каждого регенератора периодического действия образована частью боковой стенки соответствующей камеры сжигания.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен вид сверху в разрезе заявленного устройства, на Фиг.2 - разрез по А - А, на Фиг.3 - разрез по Б - Б, на Фиг.4 - разрез по В - В, на Фиг.5 - разрез по Г - Г, на Фиг.6 - кривая изменения температуры по ходу потока воздуха.

Устройство для сжигания крупномерных отходов содержит основание 1, выполненное из огнеупорного материала, на котором расположены камера сжигания 2 и камера сжигания 3, каждая из которых ограничена тремя боковыми огнеупорными стенками соответственно 4, 5, 6 и общей крышей 7, одна из сторон каждой камеры сжигания выполнена в виде ворот 8. В основании 1 (полу) в каждой камере сжигания выполнены поперечные каналы 9, перекрытые сверху перфорированными элементами (на чертежах не показаны) и оборудованные с одного конца задвижками 10, а с другого конца - задвижками 11.

Каждая камера сжигания снабжена регенератором периодического действия, соответственно камера сжигания 2 - регенератором периодического действия 12, а камера сжигания 4 - регенератором периодического действия 13. С одной стороны оба регенератора периодического действия 12 и 13 ограничены общей огнеупорной стенкой 14, а с другой огнеупорными стенками 4 соответственно камеры сжигания 2 и камеры сжигания 4. Каждый регенератор периодического действия выполнен трехслойным, внутренний слой которого образован из установленных с зазором полых блоков 15 с внутренним вертикальным каналом 16 каждый, наружный слой выполнен из теплообменных труб 17, образующих трубчатый газоводяной теплообменник, а между внутренним и наружным слоями расположена регенеративная набивка 18. Сверху и снизу внутренние вертикальные каналы 16 сообщены между собой верхним горизонтальным каналом 19 и нижним горизонтальным каналом 20 соответственно. Верхний горизонтальный канал 19 регенератора периодического действия 12 сообщен с камерой сжигания 2 через окно 21, выполненное в верхней зоне камеры сжигания 2, а верхний горизонтальный канал 19 регенератора периодического действия 13 сообщен с камерой сжигания 3 через окно 22, выполненное в верхней зоне камеры сжигания 3. Нижний горизонтальный канал 20 каждого регенератора периодического действия сообщен через вентилятор 23 с атмосферой для периодической подачи атмосферного воздуха в камеры сжигания. Сверху регенераторы периодического действия ограничены общей крышкой 24, выполненной в виде огнеупорной заливки.

Между камерами сжигания 2, 3 и регенераторами периодического действия 12, 13 образована смесительная камера 25, ограниченная двумя глухими торцевыми стенками 14 и 26, а также полыми блоками 15, образующими внутренний слой каждого регенератора периодического действия, боковыми стенками 6 камер сжигания, сверху смесительная камера 25 перекрыта крышей 7 и крышкой 24. Вдоль центральной оси смесительной камеры 25 на части ее длины установлена продольная перегородка 27. На части продольной перегородки 27, расположенной между внутренними стенками 6 камер сжигания, и на расположенных напротив нее частях внутренних стенок камер сжигания по всей их высоте размещены электроды 28, соединенные с генератором постоянного тока высокого напряжения.

Смесительная камера 25 сообщена посредством поперечных каналов 9, оборудованных задвижками 10, с камерами сжигания 2 и 3, а через зазоры между полыми блоками 15 - с регенераторами периодического действия 12 и 13.

Устройство позволяет производить высокотемпературное сжигание несортированных горючих отходов с крупногабаритными включениями, в том числе негорючими, оставляя при этом камеру сжигания относительно холодной.

Горючие отходы попеременно закладываются в камеры сжигания 2, 3 через ворота 8. После закладки одной из камер сжигания горючими отходами в нее двумя потоками подается воздух. Первый поток воздуха предназначен для сжигания только "кокса", образующегося при пиролизе отходов, поэтому его количество ограничено количеством образующегося "кокса". Воздух подается вентилятором 23 по нагретым нижнему горизонтальному каналу 20, внутренним вертикальным каналам 16, верхнему горизонтальному каналу 19 и далее через окно 21 или 22 в верхнюю часть загруженной отходами камеры сжигания. Образующиеся при сгорании "кокса" горячие продукты сгорания, не содержащие кислорода, фильтруются сверху вниз через слой неподвижных отходов, производя их пиролиз. По мере прохождения теплота продуктов сгорания затрачивается на пиролиз и прогрев объема отходов, температура смеси продуктов сгорания и произведенных пиролизных газов при этом снижается. В нижнем слое низкопотенциальная теплота затрачивается на сушку отходов. При фильтрации газов через слой отходов они очищаются от золы и пыли. В верхней части камеры сжигания поступающий через окно 21 или 22 слабо нагретый воздух в стационарном режиме (от 100 до 300°С) регенеративно нагревается, проходя через золу и негорючие включения, играющие роль регенеративной набивки. Нагретый воздух поступает в зону горения, обеспечивая высокую температуру сгорания отходов. При сжигании неподвижного объема отходов воздух поступает сверху и со стороны боковых стенок камеры сжигания по непрерывно увеличивающемуся зазору между стенками камеры сжигания и объемом отходов. В результате высокая температура развивается только в перемещающемся вниз к поперечным каналам 9 слое горения, то есть стенки камеры сжигания и ее потолок остаются относительно холодными.

Способ сжигания, при котором вся выработанная теплота затрачивается на пиролиз и сушку отходов, обеспечивает минимизацию тепловых потерь при высокой температуре сгорания и относительно низкой температуре корпуса камер сжигания. Относительно невысокий прогрев стенок камер сжигания позволяет по окончании цикла сжигания и проветривания въезжать в них погрузочной технике, обеспечивающей вывоз золы с крупногабаритными включениями и загрузку новой порции отходов.

Второй поток воздуха предназначен для сжигания пиролизных газов, образующихся в камерах сжигания в ограниченном количестве, определенном расходом воздуха первого потока. Исходя из предельного количества пиролизных газов определяется с запасом расход воздуха второго потока. Температура поступающего на сжигание пиролизных газов воздуха выбирается выше температуры, необходимой для разложения диоксинов. При горении температура повышается в разной степени в зависимости от текущего количества и теплотворной способности поступающих газов, но не может снижаться ниже заданной. Высокая температура воздуха, подаваемого на сжигание пиролизных газов, обеспечивается его регенеративным нагревом в регенеративной набивке 18 одного из регенераторов периодического действия. Под действием одного из отсасывающих вентиляторов 29, установленных на выходе каждого регенератора периодического действия, создается второй поток воздуха, который последовательно проходит через слой теплообменных труб 17, нагретую регенеративную набивку 18, и нагретый до высокой температуры через зазоры между полыми блоками 15 одного из регенераторов периодического действия поступает в смесительную камеру 25. Далее воздух перемещается вдоль продольной перегородки 27 и перемешивается с пиролизными газами, поступающими в смесительную камеру 25 по поперечным каналам 9 при открытых задвижках 10 из камеры сжигания. Электроды 28 создают в смесительной камере 25 электрическое поле, интенсифицирующее горение пиролизных газов. За счет высокой температуры входящего в смесительную камеру 25 воздуха в сочетании с его избыточным количеством, компенсирующим выбросы пиролизных газов, происходит полное сгорание пиролизных газов и выдержка воздуха при высокой температуре, определяемая объемом тракта, по которому он проходит в смесительной камере 25. Нагретый до высокой температуры (1400-1600°С) воздух с продуктами сгорания проходит через зазоры между полыми блоками 15, регенеративную набивку 18 и слой теплообменных труб 17 другого регенератора периодического действия, при этом происходит прогрев полых блоков 15 и регенеративной набивки 18, а оставшееся тепло через теплообменные трубы 17 передается потребителю.

На Фиг.6 изображен характер распределения температур по ходу второго потока воздуха. Сквозь регенераторы периодического действия и смесительную камеру под действием разрежения, создаваемого вентилятором 29 на выходе одного из регенераторов периодического действия, перемещается поток газа. При прохождении ранее нагретой регенеративной набивки 18 (участок 30-31) входящий воздух нагревается, воздух в смесительной камере перемешивается с холодным пиролизным газом, в результате чего температура смеси снижается (участок 31-32), в процессе смешения происходит горение пиролизных газов и нагрев балластных (углекислота, азот, водяной пар), температура смеси возрастает (участок (32-33). Реально процессы охлаждения при смешивании и нагрева при горении будут происходить одновременно, в результате чего температурная кривая будет соединять точки 31 и 33 без снижения температуры. Продукты сгорания в смеси с избыточным воздухом поступают в регенератор периодического действия, охлажденный продуваемым воздухом в предыдущем цикле. Продукты сгорания, фильтруясь через охлажденную регенеративную набивку, охлаждаются, а температура регенеративной набивки возрастает, запасая тепло, предназначенное для нагрева воздуха в следующем цикле. Так как расход газа через регенератор периодического действия выше на величину вводимого потока пиролизных газов, то охлаждение газов ниже, чем нагрев входящего воздуха. Остаточное тепло, количественно равное теплотворной способности сожженного топлива, в теплообменных трубах 17 (участок 34-35) передается теплоносителю для последующей передачи потребителю.

Работа устройства в очередном цикле начинается с удаления золы и твердых негорючих включений из камеры сжигания. Сначала производится очистка поперечных каналов 9, расположенных в полу камеры сжигания. Для чистки открываются задвижки 10 и 11, после чего в камеру сжигания впрыскивают порцию воды или пара, давление в камере сжигания повышается и порция пара продувает поперечные каналы 9 с выбросом золы через открытые задвижки 11. Одновременно происходит импульсная продувка регенеративной набивки 18 в регенератор 2 периодического действия. По окончании продувки камера сжигания очищается, например, ковшовым погрузчиком. Зола распределяется по поверхности зольного фильтра, из золы при необходимости извлекаются крупные негорючие компоненты бытовой техники и недогоревшие остатки, поступающие на повторное сжигание.

Производится загрузка камеры сжигания непосредственно из мусоровоза или ковшовым погрузчиком, после чего ворота 8 закрываются. Поджиг отходов производится воздухом, подаваемым вентилятором 23 в камеру сжигания через нижний горизонтальный канал 20, внутренние вертикальные каналы 16 и верхний горизонтальный канал 19, при этом воздух нагревается регенеративно до высокой температуры, т.к. за период разгрузки камеры сжигания воздух в эти камеры не подается, кирпичная кладка полых блоков 15 прогревается по всему объему, в результате чего внутренние стенки каналов 16, 19,20 приобретают температуру, близкую к температуре догорающих пиролизных газов, равную 1200-1500°С. В момент включения вентилятора 23 из окна 21 или 22 в слой отходов подается воздух, нагретый до этой температуры, зажигающий поверхность отходов. По мере отвода тепла от внутренних стенок каналов температура дутья снижается, пока не приобретет равновесную температуру, определяемую термосопротивлением стенок камеры сжигания и расходом воздуха, подаваемым вентилятором 23.

Образующиеся на выходе из камеры сжигания практически холодные пиролизные газы и продукты сгорания "кокса" через поперечные каналы 9 и открытые задвижки 10 поступают в смесительную камеру 25, где перемешиваются с выходящим из регенератора периодического действия нагретым воздухом (приблизительно до 1200°С). После чего в смесительной камере 25 начинается процесс горения пиролизных газов, при прохождении продольной стенки 27 поток газов поворачивается, обеспечивая хорошее перемешивание за счет вихреобразования, и движется вдоль продольной стенки 27 в обратном направлении, чем обеспечивается необходимая для разложения диоксинов выдержка. Процесс дожигания интенсифицируется наложением на поток газов электрического поля, создаваемого электродами 28.

После прохождения смесительной камеры 25 поток нагретых до высокой температуры газов, содержащих продукты горения, последовательно проходит через зазоры между полыми блоками 15, регенеративную набивку 18, нагревая их, компенсируя затраты тепла на нагрев воздуха в предыдущем цикле, и теплообменные трубы 17 противоположного регенератора периодического действия. Практически холодные дымовые газы отсасывающим вентилятором 29 подаются в зольный фильтр для химической нейтрализации и очистки от пыли.

По сравнению с известными аналогами заявленное устройство обеспечивает высокую эффективность сжигания мусора, более широкие для промышленного использования возможности в частности возможностьи непрерывной подачи и сжигания мусора.

Изобретение относится к области ликвидации бытовых отходов. Устройство для сжигания крупномерных бытовых отходов содержит камеру сжигания и регенератор. Также оно содержит расположенные на общем основании и под общей крышей, по меньшей мере, две камеры сжигания, каждая из которых снабжена регенератором периодического действия. При этом между камерами сжигания и регенераторами периодического действия образована смесительная камера. Каждый регенератор периодического действия выполнен трехслойным, внутренний слой которого образован из установленных с зазорами полых блоков с внутренним вертикальным каналом каждый. Внутренние вертикальные каналы полых блоков снизу и сверху сообщены между собой горизонтальными каналами, причем нижний горизонтальный канал сообщен через вентилятор с атмосферой, а верхний горизонтальный канал сообщен с камерой сжигания. Технический результат заключается в высокой эффективности сжигания, непрерывности функционирования и возможности широкого применения в промышленности. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для сжигания крупномерных бытовых отходов, содержащее камеру сжигания и регенератор, отличающееся тем, что оно содержит расположенные на общем основании и под общей крышей, по меньшей мере, две камеры сжигания, каждая из которых снабжена регенератором периодического действия, при этом между камерами сжигания и регенераторами периодического действия образована смесительная камера, каждый регенератор периодического действия выполнен трехслойным, внутренний слой которого образован из установленных с зазорами полых блоков с внутренним вертикальным каналом каждый, наружный слой выполнен из теплообменных труб, а между внутренним и наружным слоями расположена регенеративная набивка, внутренние вертикальные каналы полых блоков снизу и сверху сообщены между собой горизонтальными каналами, причем нижний горизонтальный канал сообщен через вентилятор с атмосферой, а верхний горизонтальный канал сообщен с камерой сжигания, в смесительной камере между внутренними слоями регенераторов периодического действия и частично между стенками камер сжигания установлена продольная перегородка, при этом нижняя зона каждой камеры сжигания сообщена со смесительной камерой.2. Устройство для сжигания крупномерных бытовых отходов по п.1, в котором в основании каждой камеры сжигания выполнены поперечные каналы, сообщенные через задвижки со смесительной камерой и с атмосферой, а в верхней части каждой камеры сжигания выполнено окно, сообщенное с верхним горизонтальным каналом соответствующего регенератора периодического действия.3. Устройство для сжигания крупномерных бытовых отходов по п.1, в котором одна из боковых стенок каждой камеры сжигания выполнена в виде ворот, а остальные боковые стенки, общее основание и общая крыша выполнены из огнеупорного материала.4. Устройство для сжигания крупномерных бытовых отходов по п.1, в котором часть продольной перегородки и расположенные напротив нее внутренние стенки камер сжигания по всей их высоте оборудованы электродами, соединенными с генератором постоянного тока.5. Устройство для сжигания крупномерных бытовых отходов по п.1, в котором регенераторы периодического действия выполнены с общей крышкой в виде огнеупорной заливки, общей боковой стенкой из огнеупорного материала, при этом противоположная боковая стенка каждого регенератора периодического действия образована частью боковой стенки соответствующей камеры сжигания.