RU2221197C2

RU2221197C2 - Method of solid domestic waste cyclic incineration

Info

Publication number: RU2221197C2
Application number: RU2001134120/03A
Authority: RU
Inventors: А.В. Андреев
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2004-01-10

Abstract

FIELD: domestic waste treatment equipment, particularly for housing and communal services. SUBSTANCE: method involves placing domestic waste on grid, introducing oxidizer - liquid oxygen from under the grid, igniting and incinerating waste. Waste ignition is controlled by electromagnets. Ignition peaks are moved by alternate electromagnets switching-off. EFFECT: enhanced ecological compatibility of waste incineration process by successive waste burning in high-temperature area and complete decomposition of complex hydrocarbon compounds, increased productivity due to high speed of waste incineration process, possibility of waste treatment without waste preconditioning (sorting, drying). 1 ex, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых отходов и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве.The invention relates to the field of processing of municipal solid waste and can be used in housing and communal services.

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.).A known method of thermal processing of household waste in a shaft furnace, including their preparation, loading into a shaft, heating in plasma jets in an oxidizing atmosphere in a sealed reaction space with the subsequent release of the resulting melts of slag and metal, as well as gases, and the exhaust gases are first passed through a heat exchanger and utilize heat, and then purify and release into the atmosphere (USSR patent No. 1836603, F 23 G 5/00 "Method for the thermal processing of household waste and a device for its implementation, publ. 23.08.93,).

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.The disadvantage of this method is the high cost of waste processing due to the use of large amounts of electricity with a low utilization rate of the heat resulting from the combustion of waste due to the low efficiency of the system converting heat into electricity.

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.).A known method of processing municipal solid waste by loading them into a molten slag bath together with sludges containing calcium sulfate and non-ferrous metal compounds, and blowing the melt with oxygen-containing gas (RF patent No. 2045708, F 23 G 5/00 "Method for processing household solid waste", publ. 10.10.95 g.).

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.The disadvantages of this method are the high energy costs associated with maintaining a high temperature in the bath of liquid slag, high capital investments and operating costs due to the use of compressor or oxygen stations for blasting, technical difficulties in utilizing the heat contained in the liquid slag melt.

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.).A known method of burning urban waste, including the pyrolysis of solid waste on a grate with a primary combustion air supply from under the grate and subsequent burning of the resulting gas phase with the addition of secondary combustion air preheated to 800 ° C, supplied to the grate from above, in the combustion chamber, temperature burning which is maintained at a level not lower than 850 ° C (RF patent No. 2133408, F 23 G 5/027, 5/08 "Method of burning urban waste and the use of ash generated during burning", published on July 20, 1999).

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.The disadvantage of this method is the design complexity, since for the complete burning of waste, an exhaust gas afterburner and constant monitoring of the temperature regime of the combustion process are required. In addition, the disadvantage of this method is the high energy costs associated with the need to maintain a high temperature in the combustion chamber and pre-heating to high temperatures the supplied secondary air.

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.).The closest in technical essence is the selected as a prototype method for the cyclical burning of municipal solid waste, including the placement of waste on a support surface, supplying liquid oxygen as an oxidizing agent from under it, ignition and burning of waste (US 4438708 A, (S-CUBED ), 03/27/1984, 6 pp.).

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.The disadvantages of this method include the need for serious geological exploration to select the place of implementation of the method, complex hardware design and the complexity of process control, as well as high capital costs.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание экономичного, легко управляемого способа сжигания твердых бытовых отходов.The task to which the proposed technical solution is directed is to create an economical, easily manageable method of burning solid household waste.

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.A method for the cyclical burning of municipal solid waste is proposed, including the placement of waste on a grate, the supply of an oxidizing agent - liquid oxygen from under it, ignition and burning of waste, which is new in that the process of ignition of municipal solid waste is carried out using electromagnets, moving the ignition peaks by alternately turning off the electromagnets.

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.Studies have shown that burning solid household waste using liquid oxygen can increase the burning rate due to a higher concentration of oxidizing agent, which is 78% nitrogen, compared to air, increase the completeness of waste combustion and increase the temperature of the combustion products. In this case, the temperature of the combustion products increases both due to an increase in the amount of energy released from the fuel, and due to a decrease in the amount of heated substances (when burned in pure oxygen or in air enriched with oxygen, the relative amount of ballast nitrogen decreases, which is not involved in the combustion reaction, but, when heated, consumes thermal energy). The high combustion temperature of the waste contributes to the complete decomposition of complex hydrocarbon compounds, that is, at the outlet the gases do not contain harmful, highly toxic substances, which eliminates the operation of post-treatment of exhaust gases. Increasing the completeness of combustion of waste leads to an increase in the release of thermal energy and, accordingly, an increase in the amount of useful energy. In addition to increasing efficiency, the processing of waste by burning it in an oxygen environment can significantly reduce the amount of flue gases by eliminating atmospheric nitrogen from them.

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".When conducting a search on patent and scientific and technical information, no solutions were found containing the totality of the proposed features, which allows us to conclude that the criteria of "novelty" and "inventive step" are met.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом и поясняют чертежом, на котором схематично изображена камера для сжигания отходов.The proposed method is as follows and is illustrated in the drawing, which schematically shows a chamber for burning waste.

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.Municipal solid waste without pre-treatment (sorting, drying) is loaded onto the grate 1 of the chamber 2 made of ceramic. A nozzle 3 from the tank 4 to the lower part of the chamber 2 serves a portion of liquid oxygen necessary for burning the loaded waste, and includes electromagnets 5 located between the grate 1 and the layer of liquid oxygen of the chamber 2 so that when they are turned on, the generated electromagnetic field displaces the liquid oxygen (being a paramagnetic liquid) from the bottom of the chamber 2 to the center of the grating 1, forming a peak at the same time, and ignites the waste at the point of contact with liquid oxygen. Alternate shutdown of the electromagnets 5 allows you to move the ignition peak and provides gradual ignition and burning of waste throughout the area of the grate 1. The burning temperature of the waste on the grate 1 reaches more than 1000 ° C. After the process of burning a portion of the waste is completed, the fine-grained slag containing only inorganic substances accumulated under the grate 1 is discharged through the opening 6 in the bottom of the chamber 2.

Пример.Example.

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.The method of burning solid household waste using liquid oxygen was tested in laboratory conditions of JV Uraltrans. For processing used household waste with a total mass of 10 kg of the following composition, wt.%: Cardboard, paper 29.8; textiles 10.8; glass 3.4; food waste 31.2; metal 12.5; other waste (wood, rubber, plastic, leather, etc.) 12.3, and humidity 40%. The flow rate of liquid oxygen is 1 liter.

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.Based on the results of the analysis of exhaust gases, it was found that the gases consisted of water vapor, carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur dioxide, nitrogen in an amount,%: Н ₂ О 25.8, СО 1.8, СО ₂ 22.5, SO ₂ 0.1, N ₂ 49.8. Unburned organic substances in the slag were not found.

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.The proposed method allows to ensure the ecological purity of the process of burning solid waste due to the consistent burning of waste in the high temperature zone and the complete destruction of complex hydrocarbon compounds, as well as to increase the productivity of waste processing due to the high speed of the process. In addition, the method allows the processing of waste without prior preparation (sorting, drying). The fine-grained slag formed in the course of waste incineration, containing only inorganic substances, can be used in the construction industry.

Claims

A method for cyclically burning solid household waste, including placing waste on a grate, supplying an oxidizing agent - liquid oxygen from under it, igniting and burning waste, characterized in that the process of ignition of solid household waste is carried out using electromagnets, moving the ignition peaks by alternately switching off the electromagnets .