СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2016 года по МПК F23C6/04 

Изобретение относится к способам низкотемпературного сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) и получения свободного от диоксинов и фуранов теплоагента для теплоэнергетического оборудования и может найти применение в промышленной переработке ТБО и модернизации существующих водогрейных котлов при переводе их на альтернативное более дешевое топливо из ТБО.

Существенной экологической проблемой, возникающей при сжигании органических отходов, является наличие в выбросах диоксинов и фуранов, для образования которых необходимо сочетание трех условий: наличие органики, хлора и высокой температуры. Особенно большое количество диоксинов и фуранов получается при сжигании отходов, в состав которых входят полихлорвинил или другие полимеры, содержащие галогены. Механизм образования диоксинов и фуранов описывается в виде двухстадийного процесса (см. журнал Химия и жизнь, №11, 2011, с. 22-27).

Анализ процесса (см. Фиг. 1.) показывает, что, начавшись с возникновением хлорбензолов по реакции (1), он в дальнейшем сводится к реакции (2), т.е. в присутствии кислорода при температурах выше 620°С идет образование фенолов и дифеноловых эфиров, затем смесь диоксинов и фуранов. Отсюда видно, что критической температурой для их образования является 620°С. Поэтому необходима технология, при которой топливо из ТБО сжигается при температуре меньше 600°С.

Известен способ сжигания топлива на основе низкотемпературной вихревой (НТВ) технологии (см. статью Рундигин Ю.А. «Экологические характеристики котла ТП-14А с НТВ сжиганием», журнал «Электрические станции», №5, 2000 г.).

В основу НТВ технологии заложен принцип организации низкотемпературного сжигания груборазмолотого твердого топлива в условиях многократной газификации частиц в камерной топке. В НТВ топке организованы две зоны горения, которые разнесены по высоте - вихревая и прямоточная. Аэродинамика вихревой зоны создается за счет направленных навстречу друг другу потоков, которые образуют пару сил, создающих вихревое движение в нижней части топки. Это дает возможность за счет активной аэродинамики выровнять уровень температур в объеме топки и тем самым понизить температуру горения на 100-300°С. Минимальная температура горения в НТВ топке составляет 1100°С. В результате применения НТВ сжигания удалось снизить генерацию оксидов азота NOx на 30-50%, оксидов серы SOx на 20-40%.

Однако достигнутое в НТВ понижение температуры оказалось не достаточным для уменьшения генерации диоксинов и фуранов.

Известен способ сжигания топлива на основе технологии низкотемпературного кипящего слоя (НТКС). Топки НТКС включают в себя воздухоразделительную решетку колпачкового типа, подрешеточный воздушный короб и комплектуются растопочным устройством (на дизельном топливе или газе) и устройством выгрузки песка слоя (см. статью Ж.В. Вискин. «Сжигание в кипящем слое и утилизация отходов», журнал Новый мир, Донецк, 1997 г.).

Сжигание топлива происходит в пределах температур в топочной камере 800-900°С, поскольку теплонапряжение зеркала горения и скорость надува воздуха подобраны так, чтобы минимизировать вынос песка из слоя. В результате применения НТКС сжигания удается снизить генерацию оксидов серы на 85% и существенно уменьшить генерацию оксидов азота.

Однако достичь понижения температуры горения менее 600°С за счет дополнительного наддува воздуха так и не удалось, поскольку это приводит к значительному выносу песка из циркулирующего слоя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ сжигания твердых бытовых отходов, заключающийся в том, что подают на сжигание в качестве топлива твердые бытовые отходы, при этом топливо подают горизонтальным шнековым дозатором в горизонтально сориентированную камеру сжигания, состоящую из камеры газификатора и смесительной камеры, регулируют посредством частотного регулятора скорость подачи топлива, сначала топливо подают в предварительно разогретую камеру газификатора, в которую одновременно с топливом снизу через дутьевую решетку подают не более 60% от объема воздуха, необходимого для полного сжигания топлива, а далее полученный в результате неполного сгорания топлива горючий газ из камеры газификации газификатора подают в смесительную камеру, в которой смешивают полученный горючий газ с дополнительным потоком воздуха, поданного в количестве, необходимом для дальнейшего полного сгорания горючего газа и несгоревших твердых остатков топлива, причем воздух подают в смесительную камеру через воздушные заслонки, посредством которых регулируют напор воздуха (см. патент RU №2320921, кл. F23C 6/04, 27.03.2008).

Однако описанное исполнение камеры газификатора не позволяет обеспечить эффективное перемешивание, а значит и равномерное окисление мелкодисперсных ТБО при нужной температуре. Организация взвешенного слоя при скоростях наддува больше 40 м/с приводит к выносу значительной части мелкодисперсного ТБО в смесительную камеру, где в силу ее конструкции невозможно удержать температуру горения твердых частиц в диапазоне меньше 600°С, поскольку она предназначена для смешивания и дожигания газов. Дутьевые отверстия расположенные под углом 10-12° к радиусу смесительный камеры не дают эффективного закручивания потока. Воздух попадает практически в центр смесительной камеры и не создает значительных вращательных движений потока и частиц, что не позволяет управлять температурой дожигания частиц и газового потока.

Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков.

Технический результат заключается в том, что достигается возможность обеспечить низкотемпературное сжигание ТБО и получение, таким образом, свободного от диоксинов и фуранов газообразного теплового агента на выходе.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ сжигания твердых бытовых отходов заключается в том, что подают на сжигание в качестве топлива твердые бытовые отходы, при этом топливо подают горизонтальным шнековым дозатором в горизонтально сориентированную камеру сжигания, состоящую из камеры газификатора и смесительной камеры, регулируют посредством частотного регулятора скорость подачи топлива, сначала топливо подают в предварительно разогретую камеру газификатора, в которую одновременно с топливом снизу через дутьевую решетку подают не более 60% от объема воздуха, необходимого для полного сжигания топлива, а далее полученный в результате неполного сгорания топлива горючий газ из камеры газификации газификатора подают в смесительную камеру, в которой смешивают полученный горючий газ с дополнительным потоком воздуха, поданного в количестве, необходимом для дальнейшего полного сгорания горючего газа и несгоревших твердых остатков топлива, причем воздух подают в смесительную камеру через воздушные заслонки, посредством которых регулируют напор воздуха, дутьевую решетку устанавливают под углом от 25° до 35° к горизонтальной оси шнекового дозатора на днище камеры газификатора и таким образом струями воздуха, проходящими через отверстия дутьевой решетки, подбрасывают частицы топлива и формируют движущийся вниз псевдоожиженный слой топлива, а в смесительную камеру воздух подают через надувные отверстия в стенке смесительной камеры, выполненные по касательной к окружности смесительной камеры для закрутки твердых частиц топлива и горючего газа, интенсификации смешения их с дополнительным воздухом, дожигания топлива и горючего газа, а регулировкой подачи основного и дополнительного потока воздуха поддерживают температуру горения не выше 600°С.

Используя предлагаемый способ для сжигания ТБО, можно перевести существующие энергетические котлы на альтернативное топливо из ТБО без полной их замены.

Таким образом, можно избежать значительных финансовых затрат на переоборудование котельной и получить возможность использовать дешевое и доступное органическое топливо из ТБО и при этом значительно повысить экологическую безопасность устройств для сжигания ТБО.

Способ сжигания ТБО осуществляется следующим образом.

Измельченное органическое топливо из ТБО горизонтальным шнековым дозатором подается в камеру газификатора на верхнюю часть дутьевой решетки. Воздух в камеру газификации подается снизу через отверстия в наклонной дутьевой решетке. Диаметр отверстий зависит от влажности и насыпного веса топлива и составляет от 6 до 10 мм. Он подбирается таким образом, чтобы создать на поверхности дутьевой решетки движущийся псевдоожиженный кипящий слой топлива толщиной 50-100 мм, причем наклон дутьевой решетки под углом от 25° до 35° к горизонтальной оси шнекового дозатора обеспечивает плавное движение псевдоожиженного кипящего слоя. Увеличение наклона дутьевой решетки не позволяет создать указанную толщину кипящего слоя без выноса твердых частиц топлива, а уменьшение наклона не позволяет обеспечить плавное движение вниз псевдоожиженного кипящего слоя. Количество воздуха, надуваемое в камеру газификации, зависит от характеристик топлива и необходимой температуры газификации топлива и колеблется в пределах 50-80% от необходимого для полного сгорания топлива, что позволяет поддерживать температуру газификации топлива в кипящем в пределах 400°-600°С в зависимости от количества надуваемого воздуха.

Измельченные частицы топлива из ТБО в силу неоднородности материала имеют различную плотность, поэтому при их газификации в кипящем слое с нужной температурой имеют место выбросы недогоревших частиц в смесительную камеру.

Полученный таким образом горючий газ вместе с недогоревшими частицами из камеры газификатора поступает в смесительную камеру через соединительное отверстие. В смесительной камере твердые частицы топлива и горючий газ смешивается с дополнительным количеством воздуха, подаваемым в количестве необходимом для дальнейшего полного их сгорания. Дополнительное количество воздуха поступает в смесительную камеру через дутьевые отверстия, расположенные по касательной к внутренней круглой в поперечном сечении поверхности смесительной камеры. Такое расположение дутьевых отверстий позволяет наиболее эффективно закрутить созданный в смесительной камере газовый поток и недогоревшие частицы топлива и перемешать их с воздухом. Увеличение или уменьшение количества подаваемого воздуха в смесительную камеру позволяет регулировать температуру дожигания горючего газа и твердых частиц топлива в пределах от 400° до 600°С.

Настоящее изобретение позволяет решить задачу термической утилизации ТБО и перевести муниципальные котельные, использующие газообразное или жидкое топливо, на альтернативное органическое твердое топливо. В качестве сжигаемой органики могут использоваться разнообразные подготовленные отходы и в первую очередь твердые бытовые отходы, что очень важно для городов и крупных муниципальных образований.

Изобретение относится к способам низкотемпературного сжигания твердых бытовых отходов и получения свободного от диоксинов и фуранов теплоагента для теплоэнергетического оборудования. Способ сжигания твердых бытовых отходов заключается в том, что подают на сжигание в качестве топлива твердые бытовые отходы. Топливо подают горизонтальным шнековым дозатором в горизонтально сориентированную камеру сжигания, состоящую из камеры газификатора и смесительной камеры. Регулируют посредством частотного регулятора скорость подачи топлива. Сначала топливо подают в предварительно разогретую камеру газификатора, в которую одновременно с топливом снизу через дутьевую решетку подают не более 60% от объема воздуха, необходимого для полного сжигания топлива. Далее полученный в результате неполного сгорания топлива горючий газ из камеры газификации газификатора подают в смесительную камеру, в которой смешивают полученный горючий газ с дополнительным потоком воздуха, поданного в количестве, необходимом для дальнейшего полного сгорания горючего газа и несгоревших твердых остатков топлива. Причем воздух подают в смесительную камеру через воздушные заслонки, посредством которых регулируют напор воздуха, дутьевую решетку устанавливают под углом от 25° до 35° к горизонтальной оси шнекового дозатора на днище камеры газификатора. Таким образом струями воздуха, проходящими через отверстия дутьевой решетки, подбрасывают частицы топлива и формируют движущийся вниз псевдоожиженный слой топлива. В смесительную камеру воздух подают через надувные отверстия в стенке смесительной камеры, выполненные по касательной к окружности смесительной камеры для закрутки твердых частиц топлива и горючего газа, интенсификации смешения их с дополнительным воздухом, дожигания топлива и горючего газа. Регулировкой подачи основного и дополнительного потока воздуха поддерживают температуру горения не выше 600°С. В результате достигается возможность обеспечить низкотемпературное сжигания ТБО и получение таким образом свободного от диоксинов и фуранов газообразного теплового агента на выходе. 1 ил.

Способ сжигания твердых бытовых отходов, заключающийся в том, что подают на сжигание в качестве топлива твердые бытовые отходы, при этом топливо подают горизонтальным шнековым дозатором в горизонтально сориентированную камеру сжигания, состоящую из камеры газификатора и смесительной камеры, регулируют посредством частотного регулятора скорость подачи топлива, сначала топливо подают в предварительно разогретую камеру газификатора, в которую одновременно с топливом снизу через дутьевую решетку подают не более 60% от объема воздуха, необходимого для полного сжигания топлива, а далее полученный в результате неполного сгорания топлива горючий газ из камеры газификации газификатора подают в смесительную камеру, в которой смешивают полученный горючий газ с дополнительным потоком воздуха, поданного в количестве, необходимом для дальнейшего полного сгорания горючего газа и несгоревших твердых остатков топлива, причем воздух подают в смесительную камеру через воздушные заслонки, посредством которых регулируют напор воздуха, отличающийся тем, что дутьевую решетку устанавливают под углом от 25° до 35° к горизонтальной оси шнекового дозатора на днище камеры газификатора и таким образом струями воздуха, проходящими через отверстия дутьевой решетки, подбрасывают частицы топлива и формируют движущийся вниз псевдоожиженный слой топлива, а в смесительную камеру воздух подают через надувные отверстия в стенке смесительной камеры, выполненные по касательной к окружности смесительной камеры для закрутки твердых частиц топлива и горючего газа, интенсификации смешения их с дополнительным воздухом, дожигания топлива и горючего газа, а регулировкой подачи основного и дополнительного потока воздуха поддерживают температуру горения не выше 600°С.