RU2623394C1 - Method of thermal neutralisation of municipal waste in melted slag and furnance for its implementation - Google Patents
Method of thermal neutralisation of municipal waste in melted slag and furnance for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623394C1 RU2623394C1 RU2016108824A RU2016108824A RU2623394C1 RU 2623394 C1 RU2623394 C1 RU 2623394C1 RU 2016108824 A RU2016108824 A RU 2016108824A RU 2016108824 A RU2016108824 A RU 2016108824A RU 2623394 C1 RU2623394 C1 RU 2623394C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working chamber
- melt
- slag
- nozzles
- furnace
- Prior art date
Links
- 239000002893 slag Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 title claims abstract description 13
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 24
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 claims description 24
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 16
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 16
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 4
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001784 detoxification Methods 0.000 abstract 1
- 239000002529 flux (metallurgy) Substances 0.000 description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 description 9
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 9
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 9
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 description 9
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 9
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 7
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 7
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 6
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 4
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 239000010795 gaseous waste Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
- B09B3/40—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving thermal treatment, e.g. evaporation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
- F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
- F27B1/16—Arrangements of tuyeres
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
- F27B15/02—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
- F27B15/10—Arrangements of air or gas supply devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Заявляемые способ термического обезвреживания твердых коммунальных отходов в шлаковом расплаве и печь для его осуществления относятся к способам и устройствам, например мусоросжигательным печам, специально предназначенным для сжигания отходов или низкосортных топлив.The inventive method of thermal neutralization of solid municipal waste in the slag melt and the furnace for its implementation relate to methods and devices, such as incinerators, specifically designed for burning waste or low-grade fuels.
Уровень техникиState of the art
Известен способ термической переработки твердых бытовых (коммунальных) и промышленных отходов в шлаковом расплаве по патенту Российской Федерации №2079778 (опубл. 20.05.1997), включающий подачу в рабочую камеру печи шихты, состоящей из углеродсодержащих твердых отходов или биогаз полигонов твердых бытовых отходов, и кислородсодержащего газа через фурмы в шлаковый расплав с определенной интенсивностью дутья, плавку шихты с образованием шлака с температурой 1250-1400°С и выпуск продуктов плавки.A known method of thermal processing of solid household (communal) and industrial waste in a slag melt according to the patent of the Russian Federation No. 2079778 (publ. 05/20/1997), comprising feeding a charge mixture consisting of carbon-containing solid waste or biogas of solid waste landfills into the working chamber oxygen-containing gas through tuyeres to a slag melt with a certain intensity of blasting, melting the mixture with the formation of slag with a temperature of 1250-1400 ° C and the release of melting products.
Известна печь для плавки в жидкой ванне (Ванюков А.В. и др. Плавка в жидкой ванне. - М.: Металлургия, 1988, с. 208), содержащая рабочую камеру с кессонированными стенами, фурменный пояс для подачи в расплав кислородсодержащего газа, шлаковый сифон, устройство газоочистки.A known furnace for melting in a liquid bath (Vanyukov A.V. et al. Melting in a liquid bath. - M .: Metallurgy, 1988, p. 208), containing a working chamber with coffered walls, a tuyere belt for supplying oxygen-containing gas to the melt, slag siphon, gas purification device.
Недостатками известного способа и печи для его реализации является необходимость использования для продувки ванны шлакового расплава кислородсодержащего газа, следствием чего является достаточно высокая стоимость переработки отходов за счет использования кислорода, значительный недожог горючих компонентов шихты и невозможность обеспечения экологической безопасности жидких и газообразных продуктов переработки отходов.The disadvantages of the known method and furnace for its implementation is the need to use a slag melt of oxygen-containing gas to purge the bath, which results in a rather high cost of waste processing through the use of oxygen, a significant underburning of the combustible charge components and the inability to ensure environmental safety of liquid and gaseous waste products.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемым изобретениям являются «Способ переработки твердых отходов в шлаковом расплаве» по патенту Российской Федерации №2451089 (опубл. 27.01.2011) и «Печь для непрерывной плавки материалов в шлаковом расплаве по патенту Российской Федерации №9472 (опубл. 10.06.2010).The closest in technical essence and the achieved technical result to the claimed inventions are “Method for processing solid waste in slag melt” according to the patent of the Russian Federation No. 2451089 (publ. 01/27/2011) and “Furnace for continuous melting of materials in slag melt according to the patent of the Russian Federation No. 9472 (published on June 10, 2010).
Известный способ термической переработки твердых бытовых (коммунальных) отходов в шлаковом расплаве включает подсушку и подачу шихты минимальными порциями в разные места шлаковой ванны, где сжигают и плавят ее в барботируемом шлаковом расплаве. Продувку расплава осуществляют путем подачи в расплав продуктов сгорания природного газа из циклонных топок, расположенных соосно на противоположных боковых стенах рабочей камеры печи. Продукты сгорания отходов термически разлагают и промывают под обтекателем с помощью газопромывателей многозонной печи при температуре 1350°С, что позволяет избавиться от галогенов в отходах и диссоциированного хлора по тракту до турбинного охлаждения газа. Промывка печного газа производится газожидкостной средой, выбрасываемой барботируемым расплавом, который содержит избыточный водород и СО. За счет управляемого синтеза в зонах печи создаются новые вещества, которые нейтрализуют в распылительном абсорбере сухой очистки газов. Охлаждение дымового газа производится в 3 этапа и завершается в электрофильтре, дымососе и дымовой трубе.The known method of thermal processing of solid household (municipal) waste in a slag melt involves drying and feeding the mixture in minimal portions to different places in the slag bath, where it is burned and melted in a bubbling slag melt. The melt is purged by supplying natural gas combustion products from cyclone furnaces to the melt, located coaxially on opposite side walls of the furnace working chamber. The waste combustion products are thermally decomposed and washed under a cowl using gas scrubbers of a multi-zone furnace at a temperature of 1350 ° C, which allows you to get rid of halogens in the waste and dissociated chlorine along the path to gas turbine cooling. The furnace gas is flushed with a gas-liquid medium emitted by a bubbling melt, which contains excess hydrogen and CO. Due to the controlled synthesis in the furnace zones, new substances are created that neutralize the dry gas cleaning in the spray absorber. Flue gas cooling is carried out in 3 stages and ends in an electrostatic precipitator, smoke exhaust and chimney.
Известная печь для непрерывной плавки материалов в шлаковом расплаве содержит кессонированную шахту, оснащенную циклонными топками, узел загрузки шихты, свод, перегородки и пылеосадительную камеру с горловиной, котел-утилизатор.The known furnace for continuous melting of materials in a slag melt contains a coffered shaft equipped with cyclone furnaces, a charge loading unit, a vault, partitions, and a dust collecting chamber with a neck, a waste heat boiler.
К основным недостаткам известных способов термического обезвреживания коммунальных отходов в первую очередь можно отнести недостаточную эффективность протекания процессов в шлаковой ванне расплава, высокие финансовые затраты на реализацию переработки, а также несоответствие современным требованиям к охране окружающей среды, обусловленное, в основном, за счет относительно низкой температуры их переработки и малого объемного теплосодержания (МДж/м3) в зоне протекания технологических процессов. Известные способы термического обезвреживания отходов и устройства для их осуществления не позволяют осуществить в полной мере процесс дожигания СО и подавления NOx в рабочей камере.The main disadvantages of the known methods for thermal treatment of municipal waste include, first of all, the insufficient efficiency of the processes in the slag bath of the melt, the high financial costs of the implementation of processing, as well as the mismatch with modern requirements for environmental protection, due mainly to the relatively low temperature their processing and low volumetric heat content (MJ / m 3 ) in the zone of technological processes. Known methods for thermal disposal of waste and devices for their implementation do not allow to fully implement the process of afterburning and suppressing NO x in the working chamber.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническая проблема, решаемая заявленными изобретениями, состоит в разработке и реализации таких способа термического обезвреживания коммунальных отходов и устройства для его осуществления, которые бы позволили обеспечить простую и дешевую технологию подготовки материалов к переработке, высокую удельную производительность процесса за счет организации оптимальных режимов протекания технологических процессов в барботируемой шлаковой ванне расплава, а также соблюдение требований к экологической безопасности и дополнительное сбережение ресурсов и энергии, в том числе за счет исключения использования для продувки шлаковой ванны кислородсодержащего газа и возможности получения на выходе из агрегата расплава, который по его химическому составу позволяет рассматривать его как товар (например, в виде минеральной ваты).The technical problem solved by the claimed inventions consists in the development and implementation of such a method for the thermal treatment of municipal waste and a device for its implementation, which would allow for a simple and cheap technology for preparing materials for processing, high specific productivity of the process due to the organization of optimal modes of technological processes in bubbling slag bath of the melt, as well as compliance with environmental safety requirements and additional savings the reduction of resources and energy, including by eliminating the use of oxygen-containing gas for purging the slag bath and the possibility of obtaining a melt at the outlet of the unit, which by its chemical composition makes it possible to consider it as a commodity (for example, in the form of mineral wool).
Сущность заявленных изобретений заключается в том, что кардинальное улучшение технико-экономических и экологических показателей термической переработки отходов может быть обеспечено при температурах протекания процесса выше 1200°С (температуры разложения органических составляющих коммунальных отходов) и при проведении операций термической переработки отходов в зоне, теплосодержание в которой на несколько порядков выше, чем в действующих печах. В заявленной группе изобретений поставленная задача в отличие от технических решений, известных из уровня техники, в том числе из прототипа, решается путем создания такой технологии термического обезвреживания твердых коммунальных отходов, при которой зона термического обезвреживания локализована непосредственно в шлаковом расплаве.The essence of the claimed inventions lies in the fact that a radical improvement of the technical, economic and environmental indicators of thermal waste processing can be achieved at temperatures of the process above 1200 ° C (decomposition temperature of organic components of municipal waste) and during operations of thermal processing of waste in the zone, the heat content in which is several orders of magnitude higher than in existing furnaces. In the claimed group of inventions, the task in contrast to the technical solutions known from the prior art, including the prototype, is solved by creating such a technology for the thermal treatment of municipal solid waste, in which the zone of thermal treatment is located directly in the slag melt.
Технический результат, обеспечиваемый заявленными изобретениями, заключается в создании эффективной технологии термического обезвреживания коммунальных отходов с высокой удельной производительностью процесса, с соблюдением экологических требований и дополнительным сбережением ресурсов и энергии, в частности, за счет исключения использования кислородсодержащего дутья.The technical result provided by the claimed inventions is to create an effective technology for the thermal treatment of municipal waste with a high specific productivity of the process, in compliance with environmental requirements and additional conservation of resources and energy, in particular, by eliminating the use of oxygen-containing blast.
Существующая техническая проблема решается за счет того, что в известном способе термического обезвреживания твердых коммунальных отходов в шлаковом расплаве, включающем загрузку подготовленной шихты в рабочую камеру, сжигание и плавку шихты с образованием ванны шлакового расплава, барботирование ванны расплава продуктами сгорания природного газа через погружные фурмы, выпуск продуктов плавки и очистку газов, образовавшихся после термического разложения шихты, с последующим охлаждением, термическое обезвреживание (сжигание) твердых коммунальных отходов осуществляют непосредственно в ванне шлакового расплава за счет загрузки шихты непосредственно на поверхность расплавленной шлаковой ванны и подачи в расплав воздуха, подогретого до 500°С, с коэффициентом избытка воздуха α≤1,3 через фурмы, расположенные на боковых стенах рабочей камеры под уровнем расплава в шахматном порядке относительно фурм, расположенных на противоположной стене, температуру шлаковой ванны поддерживают в интервале 1400-1600°С, при этом природный газ сжигают в выносных топочных камерах при α≤0,9, а продукты сгорания природного газа для барботирования шлаковой ванны и поддержания ее температуры подают под уровень расплава через сопла, установленные на топочные камеры, размещенные на боковых стенах рабочей камеры в шахматном порядке относительно сопел, расположенных на противоположной стене.The existing technical problem is solved due to the fact that in the known method for the thermal treatment of solid municipal waste in the slag melt, which includes loading the prepared charge into the working chamber, burning and melting the charge with the formation of a slag melt bath, sparging the melt bath with natural gas combustion products through immersion tuyeres, release of smelting products and purification of gases formed after thermal decomposition of the charge, followed by cooling, thermal neutralization (burning) of solid x municipal waste is carried out directly in the slag melt bath by loading the charge directly onto the surface of the molten slag bath and supplying air heated to 500 ° C to the melt with an excess air coefficient α≤1,3 through tuyeres located on the side walls of the working chamber under the level of the melt in a checkerboard pattern relative to the tuyeres located on the opposite wall, the temperature of the slag bath is maintained in the range of 1400-1600 ° C, while natural gas is burned in external combustion chambers at α≤0.9, and natural gas combustion products for bubbling the slag bath and maintaining its temperature are fed under the melt level through nozzles mounted on the combustion chambers placed on the side walls of the working chamber in a checkerboard pattern relative to nozzles located on the opposite wall.
В предложенном способе предусмотрена подача воздуха для сжигания твердых коммунальных отходов через фурмы, размещенные на боковой стене рабочей камеры со стороны загрузочного отверстия над уровнем осей сопел, установленных на камерах сгорания природного газа на высоте 5-8 диаметров выходных сечений сопел.The proposed method provides air for burning solid municipal waste through tuyeres located on the side wall of the working chamber from the side of the loading hole above the level of the axes of the nozzles mounted on the combustion chambers of natural gas at a height of 5-8 diameters of the nozzle exit sections.
В заявленном способе в верхнюю часть рабочей камеры может дополнительно подаваться воздух через фурмы, расположенные на боковых наклонных стенах рабочей камеры.In the claimed method, air can be additionally supplied to the upper part of the working chamber through tuyeres located on the side inclined walls of the working chamber.
В заявленном способе расход воздуха, подаваемого на фурмы, установленные на наклонных боковых стенах рабочей камеры, составляет 0,3 от расхода воздуха, подаваемого на фурмы нижнего ряда.In the inventive method, the flow rate of air supplied to the tuyeres mounted on the inclined side walls of the working chamber is 0.3 of the flow rate of air supplied to the tuyeres of the lower row.
В заявленном способе в шихту для обеспечения заданных вязкости и кислотности продуктов плавки добавляют флюсы. Например, на тонну минерального остатка твердых коммунальных отходов при производстве (использовании) расплава для производства минеральной ваты в качестве флюсов используют магнезит и мел в количествах 117,24 кг и 55,56 кг соответственно.In the inventive method, fluxes are added to the mixture to provide the specified viscosity and acidity of the melting products. For example, per ton of the mineral residue of municipal solid waste during the production (use) of the melt for the production of mineral wool, magnesite and chalk are used as fluxes in amounts of 117.24 kg and 55.56 kg, respectively.
Предлагаемый способ высокотемпературного термического обезвреживания твердых коммунальных отходов имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с известными способами. В частности, при реализации заявленного способа обеспечивается возможность простой и дешевой подготовки материалов к переработке. При этом варьирование состава отходов в широких пределах не препятствует их последующему использованию.The proposed method of high-temperature thermal treatment of municipal solid waste has a number of significant advantages compared with known methods. In particular, when implementing the inventive method provides the possibility of simple and cheap preparation of materials for processing. Moreover, varying the composition of the waste over a wide range does not prevent their subsequent use.
В отличие от известного способа термического обезвреживания, при котором технологический процесс протекает в восстановительной газовой среде надслоевого пространства над уровнем барботажного слоя, в предложенном способе процесс термического обезвреживания осуществляется непосредственно в объеме расплава шлаковой ванны, барботируемого продуктами сгорания природного газа и подогретым воздухом. Совместная продувка расплава продуктами сгорания природного газа и подогретым воздухом позволяет существенным образом интенсифицировать технологический процесс термического разложения. С этой целью в рабочую камеру подают воздух в объеме, до 30%. превышающем объем, необходимый для сжигания твердых коммунальных отходов. Подача в шлаковую ванну расплава продуктов сгорания природного газа и воздуха обеспечивает ее интенсивное перемешивание, результатом которого являются создание надежного контакта частиц отходов и высокотемпературного расплава и равномерного распределения температуры расплава в объеме ванны. Выполнение этих условий исключает наличие в ванне областей с относительно невысокой температурой (ниже, например, 1400°С), при которой в ванне расплава могут оставаться органические соединения, не подвергнувшиеся термическому разложению.In contrast to the known method of thermal neutralization, in which the process takes place in a reducing gas medium of the superlayer space above the level of the bubbling layer, in the proposed method, the thermal neutralization process is carried out directly in the melt volume of the slag bath sparged by natural gas combustion products and heated air. Combined purging of the melt with the products of natural gas combustion and heated air makes it possible to substantially intensify the technological process of thermal decomposition. For this purpose, up to 30% of air is supplied to the working chamber. exceeding the amount required for the burning of municipal solid waste. The supply of molten products of combustion of natural gas and air to the slag bath ensures intensive mixing, the result of which is the creation of reliable contact between waste particles and high-temperature melt and uniform distribution of the melt temperature in the bath volume. The fulfillment of these conditions eliminates the presence in the bath of areas with a relatively low temperature (below, for example, 1400 ° C), at which organic compounds that have not undergone thermal decomposition can remain in the bath of the melt.
Сжигание природного газа осуществляют независимо от сжигания твердых коммунальных отходов в выносных топках с коэффициентом α≤0,9. Таким режимом сжигания природного газа предотвращают образование оксидов азота и обеспечивают температуру продуктов его сгорания на выходе из сопел, установленных на выносных топках, на уровне 1750-1800°С. Барботирование ванны шлакового расплава высокотемпературными продуктами сгорания природного газа позволяет поддерживать температуру ванны расплава в интервале 1400-1600°С.The burning of natural gas is carried out regardless of the burning of municipal solid waste in portable furnaces with a coefficient α≤0.9. Such a regime of burning natural gas prevents the formation of nitrogen oxides and ensures the temperature of the products of its combustion at the exit of the nozzles mounted on the remote furnaces at the level of 1750-1800 ° C. Sparging a molten slag bath with high-temperature products of natural gas combustion allows maintaining the temperature of the molten bath in the range of 1400-1600 ° С.
Поддержание температуры ванны расплава в указанном интервале позволяет обеспечить нейтрализацию и разложение органических соединений, входящих в состав отходов.Maintaining the temperature of the molten bath in the specified range allows for the neutralization and decomposition of organic compounds that make up the waste.
Барботажный слой шлакового расплава является основной технологической зоной, в которой осуществляют процесс термического обезвреживания твердых коммунальных отходов. В этой зоне за счет подачи в расплав высокотемпературных продуктов сгорания природного газа через сопла, расположенные в шахматном порядке на противоположных боковых стенах рабочей камеры, и обеспечения соприкосновения реакционных зон, образованных при внедрении в расплав струй продуктов сгорания и воздуха, создаются предельная для заданной температуры шлакового расплава объемная тепловая нагрузка и наиболее благоприятные условия для протекания технологических процессов термического обезвреживания.The bubble layer of slag melt is the main technological zone in which the process of thermal disposal of solid municipal waste is carried out. In this zone, due to the supply of high-temperature natural gas combustion products to the melt through nozzles located staggered on opposite side walls of the working chamber, and ensuring contact between the reaction zones formed when the jets of combustion products and air are introduced into the melt, a limit for the specified temperature of slag is created melt volumetric heat load and the most favorable conditions for the occurrence of technological processes of thermal disposal.
Высокая удельная производительность процесса обеспечивается мощным перемешиванием ванны расплава дутьем, что существенно ускоряет протекающие массо- и теплообменные процессы.High specific productivity of the process is ensured by powerful mixing of the molten bath with blast, which significantly accelerates the ongoing mass and heat transfer processes.
Реализация технологии высокотемпературного термического обезвреживания отходов в расплаве позволяет обеспечить высокую удельную производительность, лучшие экологические показатели, дополнительное сбережение ресурсов и энергии.The implementation of the technology of high-temperature thermal disposal of waste in the melt allows for high specific productivity, better environmental performance, and additional conservation of resources and energy.
Разработанный способ высокотемпературного обезвреживания коммунальных отходов реализуется в печи заявленной конструкции.The developed method of high-temperature disposal of municipal waste is implemented in a furnace of the claimed design.
Для осуществления заявленного способа согласно изобретению разработана конструкция печи для термического обезвреживания твердых коммунальных отходов. В заявленном устройстве, содержащем кессонированную рабочую камеру, оснащенную выносными топками, узлом загрузки шихты, шлаковым сифоном с выпускным отверстием, рабочая камера печи снабжена фурмами для подачи воздуха в расплав, которые расположены на боковых стенах выше уровня осей сопел, установленных на выносных топках, при этом сопла выносных топок размещены на противоположных боковых стенах рабочей камеры в шахматном порядке; верхние части боковых стен рабочей камеры выполнены наклонными, а загрузочное устройство размещено выше уровня осей сопел, установленных на выносных топках, на расстоянии не более 40 диаметров выходного сечения сопла выносной топки.To implement the inventive method according to the invention, a furnace design for the thermal treatment of municipal solid waste has been developed. In the claimed device containing a coffered working chamber equipped with remote furnaces, a charge loading unit, a slag siphon with an outlet, the working chamber of the furnace is equipped with tuyeres for supplying air to the melt, which are located on the side walls above the level of the axes of the nozzles mounted on the remote furnaces, this nozzle remote furnaces are placed on opposite side walls of the working chamber in a checkerboard pattern; the upper parts of the side walls of the working chamber are made inclined, and the loading device is placed above the level of the axes of the nozzles mounted on the remote furnaces, at a distance of not more than 40 diameters of the outlet section of the nozzle of the external furnaces.
Основные технологические процессы протекают в барботажном слое в зоне интенсивного перемешивания шлакового расплава высокотемпературными продуктами сгорания природного газа, подаваемыми через установленные на выносных топках сопла, и воздуха, подаваемого через фурмы, размещенные выше уровня осей сопел выносных топок. Размещение загрузочного отверстия на уровне 40 диаметров сопел, установленных на выносных топках, является оптимальным с точки зрения обеспечения возможности осуществлять загрузку отходов непосредственно на поверхность «вспененной» ванны расплава. Это позволяет избежать присущее известным способам сжигание отходов в восстановительной атмосфере и, как следствие, исключить наличие токсичных веществ в отходящих газах.The main technological processes take place in a bubbling layer in the zone of intensive mixing of slag melt with high-temperature products of natural gas combustion supplied through nozzles installed on the remote furnaces and air supplied through tuyeres located above the level of the axes of the nozzles of the remote furnaces. The placement of the loading hole at the level of 40 diameters of the nozzles mounted on the external furnaces is optimal from the point of view of providing the ability to load waste directly onto the surface of the “foamed” melt bath. This avoids the inherent known methods of burning waste in a reducing atmosphere and, as a result, eliminates the presence of toxic substances in the exhaust gases.
Для обеспечения оптимального режима обезвреживания твердых коммунальных отходов фурмы для подачи воздуха в расплав размещены выше уровня осей сопел выносных топок на 5-8 диаметров сопел, установленных на топочных камерах.To ensure the optimal mode of neutralization of municipal solid waste, tuyeres for supplying air to the melt are placed 5-8 diameters of nozzles mounted on the combustion chambers above the axes of the nozzles of the external furnaces.
Заявленный диапазон расстояний между осями воздушных фурм и осями сопел, установленных на выносных топках, обусловлен необходимостью разнести в барботажном слое зоны восстановительного и окислительного реагирования. Оптимальный режим обезвреживания коммунальных отходов в барботажном слое обеспечивается за счет локализации зон окислительного и восстановительного реагирования непосредственно в барботажном слое и организации раздельного (последовательного) протекания процессов в этих зонах. Размещение фурменного ряда на высоте 5-8 диаметров сопел выносных топок от уровня их осей позволяет в верхней части барботажного слоя, куда загружаются твердые коммунальные отходы, создать зону с высоким содержанием кислорода и высокой температурой, результатом чего является создание оптимальных условий для сжигания коммунальных отходов. При этом в нижней части барботажного слоя, расположенной ниже уровня размещения воздушных фурм, куда поступают продукты неполного сгорания природного газа (т.к. α<1), созданы условия, исключающие образование ядовитых оксидов азота.The claimed range of distances between the axes of the air tuyeres and the axes of the nozzles mounted on the remote furnaces is due to the need to separate the zones of reduction and oxidation reaction in the bubble layer. The optimal mode of disposal of municipal waste in the bubbling layer is ensured by localizing the oxidation and reduction reaction zones directly in the bubbling layer and organizing separate (sequential) processes in these zones. Placing the tuyere row at a height of 5-8 diameters of the nozzles of the external furnaces from the level of their axes allows creating a zone with a high oxygen content and high temperature in the upper part of the bubble layer, where solid municipal wastes are loaded, which results in the creation of optimal conditions for burning municipal wastes. Moreover, in the lower part of the bubble layer, located below the level of air tuyeres, where the products of incomplete combustion of natural gas (since α <1) enter, conditions are created that exclude the formation of toxic nitrogen oxides.
В заявленной печи рабочая камера может быть снабжена дополнительными фурмами, размещенными в верхней части рабочей камеры на ее наклонных стенах. Наличие этих фурм позволяет обеспечивать дополнительную подачу воздуха, необходимого для дожигания продуктов неполного сгорания топлива.In the claimed furnace, the working chamber can be equipped with additional tuyeres located in the upper part of the working chamber on its inclined walls. The presence of these tuyeres makes it possible to provide an additional supply of air necessary for the afterburning of products of incomplete combustion of fuel.
Защитное покрытие кессонов рабочей камеры заявленного устройства выполнено в виде коррундовой набивки, которая обеспечивает огнеупорную тепловую защиту, а также исключает протекание химических реакций с расплавом.The protective coating of the caissons of the working chamber of the claimed device is made in the form of a corundum packing, which provides refractory thermal protection, and also eliminates the occurrence of chemical reactions with the melt.
Заявленное устройство снабжено котлом-утилизатором, размещенным над рабочей камерой и соединенным с ней через песочный затвор, а размещенный у торцевой стены рабочей камеры шлаковый сифон соединен с ней переточным каналом.The claimed device is equipped with a waste heat boiler located above the working chamber and connected to it through a sand valve, and a slag siphon located at the end wall of the working chamber is connected to it by a transfer channel.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность изобретения поясняется фиг. 1. Печь для термического обезвреживания твердых коммунальных отходов состоит из кессонированной шахты с рабочей камерой 1, в боковых продольных стенах которой размещены выносные топки нижнего ряда 2, предназначенные для сжигания природного газа. Топки снабжены выходными соплами. На боковой продольной стене рабочей камеры со стороны загрузочного отверстия 6 выше уровня осей выходных сечений сопел, установленных на выносных топках, размещены фурмы 3, предназначенные для подачи воздуха для сжигания твердых коммунальных отходов в шлаковом расплаве. Кессонированная шахта снабжена аптейком 5 и загрузочным отверстием 6. Печь также снабжена сифоном 7, примыкающим к торцевой стене шахты. Загрузочное отверстие располагается на своде у торцевой стенки, противоположной стенке, примыкающей к сифону.The invention is illustrated in FIG. 1. The furnace for thermal neutralization of municipal solid waste consists of a coffered shaft with a working
Подача твердых отходов и флюсов в устройство для термического обезвреживания твердых коммунальных отходов осуществляется из расходных бункеров с весовыми дозаторами. Дозированные компоненты шихты подаются на сборный конвейер и транспортируются к загрузочному отверстию.The supply of solid waste and fluxes to the device for thermal neutralization of solid municipal waste is carried out from consumables with weighing batchers. The metered components of the charge are fed to a collection conveyor and transported to the loading hole.
В рабочем режиме сопла выносных топок и фурмы нижнего ряда постоянно погружены в расплав. Для прекращения подачи дутья в расплав их сопловые отверстия перекрываются стальной пробкой - «притычкой». Воздушные фурмы нижнего и верхнего рядов размещены на противоположных стенах рабочей камеры печи выше уровня осей сопел выносных топок.In operating mode, the nozzles of the external furnaces and lances of the lower row are constantly immersed in the melt. To stop the supply of blast to the melt, their nozzle openings are blocked by a steel stopper - “abutment”. Air tuyeres of the lower and upper rows are placed on opposite walls of the working chamber of the furnace above the level of the axes of the nozzles of the remote furnaces.
Горн печи представляет собой огнеупорную кирпичную кладку коробчатого типа, заключенную в стальной кожух. Профиль подины плоский на одном уровне в рабочем пространстве и сифоне.The furnace hearth is a box-type refractory brickwork enclosed in a steel casing. The bottom profile is flat on one level in the workspace and siphon.
Шахта печи по высоте имеет переменное сечение. Кессоны боковых и торцевых стен шахты выполнены из котельных труб. Первый ряд кессонов установлен вертикально. Второй и третий боковые ряды установлены с расширением кверху. Торцевые кессоны установлены вертикально. В вертикальных стеновых кессонах установлены выносные топки и фурмы нижнего ряда. В наклонных стеновых кессонах установлены фурмы верхнего ряда.The shaft of the furnace in height has a variable section. The caissons of the side and end walls of the mine are made of boiler pipes. The first row of caissons is installed vertically. The second and third side rows are installed with the extension up. End caissons are installed vertically. Remote fire chambers and tuyeres of the lower row are installed in vertical wall caissons. In the inclined wall caissons, tuyeres of the upper row are installed.
Над шахтой печи установлен котел-утилизатор.A recovery boiler is installed above the shaft of the furnace.
Котел-утилизатор установлен на собственных опорах и соединен с шахтой печи через песочный затвор.The recovery boiler is mounted on its own supports and connected to the shaft of the furnace through a sand valve.
Оборудованный у торцевой стены шахты печи шлаковый сифон соединен с рабочей камерой переточным каналом. Шлак непрерывно выпускается через щелевую летку сифона.The slag siphon equipped at the end wall of the furnace shaft is connected to the working chamber by a transfer channel. Slag is continuously discharged through the slit opening of the siphon.
Донная часть сифона оборудована шпурами для частичного и полного выпуска расплава из печи.The bottom part of the siphon is equipped with bore holes for partial and complete discharge of the melt from the furnace.
Подина и стены ванны до охлаждаемых элементов, а также подина и стены сифона выполнены из огнеупорных материалов.The hearth and the walls of the bath to the cooled elements, as well as the hearth and walls of the siphon are made of refractory materials.
Подина рабочего пространства и сифона имеет три слоя. Нижний, примыкающий к каркасу теплоизоляционный слой выкладывается из волокнистого материала. Второй арматурный слой выкладывается из шамота марки ША. Рабочий слой выкладывается из периклазошпинелидных огнеупоров.The bottom of the workspace and siphon has three layers. The lower heat-insulating layer adjacent to the frame is laid out of fibrous material. The second reinforcing layer is laid out from ShA brand fireclay. The working layer is laid out from periclase-spinel refractories.
В торцевой стене рабочей камеры агрегата над уровнем пода имеется канал для соединения сифона с плавильной камерой. Поэтому каналу шлак перетекает в сифон. Шлак удаляется из сифона через выпускное отверстие по желобу для рабочего выпуска шлака. Кладка стен сифона по периметру выполняется трехслойной. Наружный, примыкающий к каркасу теплоизоляционный слой выкладывается из волокнистого материала. Второй арматурный слой - из шамота марки ША. Рабочий слой стен выкладывается из безобжигового периклазохромита ПХБ.In the end wall of the working chamber of the unit above the hearth level there is a channel for connecting the siphon to the melting chamber. Therefore, the channel slag flows into the siphon. Slag is removed from the siphon through an outlet through a chute for a working slag outlet. The laying of the walls of the siphon around the perimeter is performed in three layers. The outer heat-insulating layer adjacent to the frame is laid out of fibrous material. The second reinforcing layer is made of ShA fireclay. The working layer of the walls is laid out from non-fired periclase chromite PCB.
Отверстия в сифоне для полного выпуска шлака забиваются пробками из огнеупорной массы.The holes in the siphon for the complete release of slag are clogged with stoppers from the refractory mass.
Для компенсации температурного расширения огнеупорной кладки как в продольном, так и в поперечном направлении предусматриваются температурные швы, которые заполняются минеральной ватой.To compensate for the thermal expansion of the refractory masonry both in the longitudinal and transverse directions, temperature joints are provided that are filled with mineral wool.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Реализация заявленного способа термического обезвреживания твердых коммунальных отходов в печи заявленной конструкции осуществляется следующим образом.Implementation of the claimed method of thermal treatment of solid municipal waste in a furnace of the claimed design is as follows.
Перед пуском агрегата производят сушку и разогрев футеровки путем сжигания природного газа с помощью пусковых горелок и выносных топок.Before starting the unit, the lining is dried and heated by burning natural gas with the help of starting burners and remote furnaces.
В процессе сушки и разогрева футеровки происходит постепенный нагрев воздуха, используемого для сжигания природного газа, в соответствующих воздухонагревателях газоотводящего тракта, что обеспечивает постепенный рост температуры факела.In the process of drying and heating the lining, the air used to burn natural gas is gradually heated in the corresponding air heaters of the exhaust duct, which ensures a gradual increase in the flame temperature.
Запуск печи начинают с остановки пусковых горелок и удаления их из горна печи. Выпускные отверстия горна закрывают штатными стопорами.Starting the furnace begins with stopping the starting burners and removing them from the furnace hearth. The exhaust holes of the hearth are closed with standard stoppers.
Топки печи продолжают работать в режиме разогрева. Далее регулируют тягу дымососа таким образом, чтобы в загрузочном отверстии печи было нулевое избыточное давление.Furnaces of the furnace continue to work in heating mode. Next, the draft of the smoke exhauster is adjusted so that there is zero excess pressure in the furnace feed opening.
Затем осуществляют наплавление шлаковой ванны за счет расплавления гранулированного доменного шлака с размерами частиц минус 5 мм. Его подача в агрегат производится из бункера, предназначенного для хранения шлака.Then, the slag bath is fused by melting granulated blast furnace slag with a particle size of
Сжигание природного газа в выносных топках производится с коэффициентом расхода воздуха α=1,0-1,2. При этом загрузку шлака осуществляют дискретными порциями и следят за тем, чтобы очередная порция шлака загружалась в полностью расплавленную ванну. При наборе расплава до сопел топок переходят к непрерывной загрузке доменного шлака. При подъеме уровня шлака к соплам выносных топок будет наблюдаться его интенсивное разбрызгивание на стены агрегата. В режиме интенсивного разбрызгивания необходимо подать в агрегат и расплавить там такое количество доменного шлака, которого хватило бы для достижения уровня расплава на 150-200 мм выше уровня нижних воздушных фурм. В этот период, несмотря на загрузку шлака в агрегат, его уровень не будет изменяться. Весь загруженный материал в виде гарниссажа отложится на охлаждаемых стенах в верхней части агрегата.Natural gas is burned in portable furnaces with a coefficient of air consumption α = 1.0-1.2. In this case, the loading of slag is carried out in discrete portions and make sure that the next portion of the slag is loaded into a completely molten bath. When collecting the melt to the nozzles of the furnaces go to the continuous loading of blast furnace slag. When the slag level rises to the nozzles of the external furnaces, its intensive spraying on the unit walls will be observed. In the intensive spray mode, it is necessary to feed into the unit and melt there so much blast furnace slag that would be enough to reach the melt level 150-200 mm above the level of the lower air tuyeres. During this period, despite the loading of slag into the unit, its level will not change. All loaded material in the form of a skull will be deposited on the cooled walls in the upper part of the unit.
После этого топки переводятся в рабочий режим и загрузка доменного шлака продолжается непрерывно до тех пор, пока давление на манометре, установленном на воздуховоде, не повысится на 0,3 атм. Затем на верхние фурмы подается расчетное количество нагретого воздуха, а выносные топки переводятся в рабочий режим работы с коэффициентом расхода воздуха 0,9. В результате основная зона тепловыделения смещается выше шлаковой ванны, что позволяет оплавить избытки застывшего на верхних кессонах гарниссажа и таким образом быстро сформировать рабочий уровень шлакового расплава. После набора необходимой высоты расплава печь готова к эксплуатации.After this, the furnaces are switched to the operating mode and the blast furnace slag loading continues continuously until the pressure on the manometer installed on the duct increases by 0.3 atm. Then, the calculated amount of heated air is supplied to the upper tuyeres, and the remote furnaces are transferred to the operating mode with an air flow coefficient of 0.9. As a result, the main heat-release zone is shifted above the slag bath, which makes it possible to melt the excess of the skull hardened on the upper caissons and thus quickly form the working level of the slag melt. After gaining the required melt height, the furnace is ready for operation.
После формирования шлаковой ванны начинают осуществлять загрузку шихты в зависимости от режима работы. Температуру ванны поддерживают, регулируя расход загружаемого материала, расход природного газа и расход нагретого воздуха.After the formation of the slag bath begin to load the mixture, depending on the mode of operation. The temperature of the bath is maintained by adjusting the flow rate of the feed material, the flow rate of natural gas and the flow rate of heated air.
Загрузка отходов в агрегат осуществляется через загрузочное отверстие.The waste is loaded into the unit through the loading hole.
При продувке продуктами сгорания и воздухом шлаковой ванны происходит ее интенсивное перемешивание, что обеспечивает надежный контакт отходов с высокотемпературным расплавом. При этом исключается наличие в ванне расплава областей с относительно невысокой температурой, при которой могут существовать органические соединения.When blowing the combustion products and air of the slag bath, it is intensively mixed, which ensures reliable contact of the waste with the high-temperature melt. This eliminates the presence in the melt pool of areas with a relatively low temperature at which organic compounds can exist.
Непосредственно в ванне расплава при температуре 1450-1500°С и подаче в нее флюсов протекают среди других реакции, переводящие вредные вещества, входящие в состав ТКО, в расплав:Directly in the melt bath at a temperature of 1450-1500 ° C and the supply of fluxes to it, reactions take place among others, which convert the harmful substances that make up the MSW into the melt:
СаСО3→СаО+СO2-Q1 CaCO 3 → CaO + CO 2 -Q 1
SO2+СаО+1/2O2→CaSO4+Q2 SO 2 + CaO + 1 / 2O 2 → CaSO 4 + Q 2
2НСl+СаО→СаСl2+Н2O+Q3 2CHl + CaO → CaCl 2 + H 2 O + Q 3
2HF+CaO→CaF2+H2O+Q4 2HF + CaO → CaF 2 + H 2 O + Q 4
Таким образом, в ванне расплава в основном достигается нейтрализация токсичных и коррозионно активных кислотных компонентов.Thus, in the molten bath, neutralization of toxic and corrosive acid components is generally achieved.
Ниже приведены состав и физические свойства компонентов шихты и минерального рецикла для двух режимов осуществления способа и печи для его реализации.The following is the composition and physical properties of the components of the charge and mineral recycle for two modes of implementation of the method and furnace for its implementation.
1. Базовый 1. Загрузка: Твердые коммунальные отходы (ТКО) - 7000 кг/ч; флюсы (магнезит - 346 кг/ч; мел - 110 кг/ч) - 456 кг/ч; обороты (пыль 1 ступени газоочистки; отходы производства минеральной ваты) - 100 кг/ч; влажность ТКО - 38%.1. Basic 1. Loading: Municipal solid waste (MSW) - 7000 kg / h; fluxes (magnesite - 346 kg / h; chalk - 110 kg / h) - 456 kg / h; revolutions (dust of the 1st gas cleaning stage; mineral wool production waste) - 100 kg / h; TKO moisture - 38%.
2. Базовый 1 без оборотов. Загрузка: ТКО - 7000 кг/ч; флюсы (магнезит - 346 кг/ч; мел - 110 кг/ч) - 456 кг/ч; влажность ТКО - 38%.2.
При работе по первому режиму расплав в ванне формируется из минеральной части ТКО, флюсов, отходов производства минеральной ваты и пылей первой ступени газоочистки.When working in the first mode, the melt in the bath is formed from the mineral part of MSW, fluxes, mineral wool production waste and dust from the first gas cleaning stage.
При работе по второму режиму в ванну не загружаются отходы производства минеральной ваты и пыли первой ступени газоочистки.When working in the second mode, waste from the production of mineral wool and dust from the first stage of gas cleaning is not loaded into the bath.
Расплав должен обладать определенными, наперед заданными, свойствами в том числе:The melt must have certain, predetermined, properties, including:
Ниже представлен требуемый химический состав расплава в соответствии с заданием на проектирование: SiO2 - 48,63; ТiO2 - 0,452; Аl2O3 - 7,726; Fe2O3 - 3,34; CaO - 19,023; MgO - 9,064; К2O - 1,267; Na2O 3,348; SO3 - 2,986; Р2O5 - 3,585.Below is the required chemical composition of the melt in accordance with the design task: SiO 2 - 48.63; TiO 2 - 0.452; Al 2 O 3 - 7.726; Fe 2 O 3 - 3.34; CaO - 19.023; MgO - 9.064; K 2 O - 1.267; Na 2 O 3,348; SO 3 - 2,986; P 2 O 5 - 3,585.
Принятый для расчетов состав твердых коммунальных отходов (ТКО) приведен в таблице 1. Состав минеральной части отходов - в таблице 2. Состав горючей массы ТКО приведен в таблице 3.The composition of municipal solid waste (MSW) accepted for calculations is shown in table 1. The composition of the mineral part of the waste is shown in table 2. The composition of the combustible mass of MSW is shown in table 3.
Влажность поступающих отходов принята равной Wp=38%.The moisture content of the incoming waste is taken equal to W p = 38%.
Низшая теплота сгорания ТКО: Qp н=6,36 МДж/кг.The net calorific value of MSW: Q p n = 6.36 MJ / kg.
Зола - минеральная часть ТКО.Ash is a mineral part of MSW.
Плотность золы ρш=2800 кг/м3. Температура ликвидуса (полное расплавление) 1250-1350°С.The density of the ash ρ W = 2800 kg / m 3 . Liquidus temperature (complete melting) 1250-1350 ° С.
Удельная теплоемкость золы - Сш=0,837+0,105⋅10-3-Т кДж/кг⋅К.Specific heat fly ash - C w = 0,837 + 0,105⋅10 -3 -T kJ / kg⋅K.
Скрытая теплота плавления золы - rпл м=377 кДж/кг.The latent heat of melting of the ash is r pl m = 377 kJ / kg.
Химические составы используемых флюсов приведены в таблицах 4 и 5.The chemical compositions of the fluxes used are shown in tables 4 and 5.
Плотность магнезита = 2970 кг/м3; теплота разложения магнезита: qэнд=1440 кДж/кг.Density of magnesite = 2970 kg / m 3 ; the heat of decomposition of magnesite: q end = 1440 kJ / kg
Плотность мела = 2710 кг/м3; теплота разложения мела: qэнд=1779,5 кДж/кгChalk density = 2710 kg / m 3 ; the heat of decomposition of chalk: q end = 1779.5 kJ / kg
Расход каждого из флюсов определяется исходя из необходимости получения расплава пригодного для производства минерального волокна.The flow rate of each of the fluxes is determined based on the need to obtain a melt suitable for the production of mineral fibers.
Из условий (1) и (2) следует, что к 100 кг золы необходимо добавить 17,724 кг необожженного магнезита и 5,636 кг мела. В пересчете на проектную производительность печи по твердым коммунальных отходам по 1 и 2 режимам работы расход флюсов равен: магнезита 346,15 кг/ч и мела 110,07 кг/ч. Помимо флюсов в печь предполагается загружать минеральный рецикл общей массой до 700 кг/ч. Принимаем, что химический состав минерального рецикла соответствует химическому составу расплава в ванне.From conditions (1) and (2) it follows that to 100 kg of ash it is necessary to add 17.724 kg of unfired magnesite and 5.636 kg of chalk. In terms of the design capacity of the furnace for municipal solid waste in 1 and 2 operating modes, the flux consumption is equal to: magnesite 346.15 kg / h and chalk 110.07 kg / h. In addition to fluxes, it is proposed to load mineral recycle with a total weight of up to 700 kg / h into the furnace. We accept that the chemical composition of the mineral recycle corresponds to the chemical composition of the melt in the bath.
Согласно статистическим данным о составе ТКО морфологический состав загружаемого материала в каждом из режимов содержит:According to statistics on the composition of MSW, the morphological composition of the loaded material in each of the modes contains:
в 1 режиме: золы 85,7%, магнезита 7,4%, мела 2,8%, отходов производства минеральной ваты 1,9% пыль первой ступени газоочистки 2,2%;in 1 mode: ash 85.7%, magnesite 7.4%, chalk 2.8%, waste mineral wool production 1.9% dust of the first stage of gas treatment 2.2%;
во 2 режиме: золы 89,4%, магнезита 7,7%, мела 2,9%.in 2 mode: ash 89.4%, magnesite 7.7%, chalk 2.9%.
Расчетные материальный и тепловой балансы технологического режима приведены в таблицах 6 и 7.The estimated material and thermal balances of the technological mode are shown in tables 6 and 7.
Материальный баланс процесса переработки твердых коммунальных отходов в проектном режимеMaterial balance of the process of processing municipal solid waste in design mode
В качестве энергоносителя используется воздух. Весь воздух, подаваемый в рабочее пространство печи, подогревается до 500°С в котле.Air is used as an energy carrier. All air supplied to the working space of the furnace is heated to 500 ° C in the boiler.
Расход воздуха на сжигание природного газа при работе в проектном режиме - 7029 нм3/час, или 168696 нм3/сутки, или 5,567⋅107 нм3/год.Air consumption for natural gas combustion during operation in the design mode is 7029 nm 3 / hr, or 168696 nm 3 / hr, or 5.567⋅10 7 nm 3 / hr.
Объем воздуха, подаваемого на фурмы для сжигания горючей массы ТКО в слое, составляет 19390 нм3/час, или 465360 нм3/сутки, или 13,96 107 нм3/год.The volume of air supplied to the tuyeres for burning the combustible mass of MSW in the bed is 19390 nm 3 / hour, or 465360 nm 3 / day, or 13.96 10 7 nm 3 / year.
Объем воздуха для дожигания горючих компонентов в надслоевом пространстве печи составляет 5817 нм3/час, или 139608 нм3/сутки, или 4,19 10 нм3/год.The volume of air for the afterburning of combustible components in the superlayer space of the furnace is 5817 nm 3 / hour, or 139608 nm 3 / day, or 4.19 10 nm 3 / year.
Общий часовой расход нагретого воздуха составляет 32236 нм3/час, или 773664 нм3/сутки, или 23,21⋅107 нм3/год. Давление нагретого воздуха перед входным коллектором 1,5⋅105 ПаThe total hourly flow rate of heated air is 32236 nm 3 / hour, or 773664 nm 3 / day, or 23.21 2310 7 nm 3 / year. Heated air pressure in front of the intake manifold 1.5⋅10 5 Pa
Химический состав образующегося расплава приведен в таблице 8.The chemical composition of the resulting melt is shown in table 8.
При работе агрегата в проектном режиме с загрузкой твердых коммунальных отходов 7 т/ч и 658,146 кг/ч известняка образуется 2278 кг расплава в час. Суточный выход расплава - 54,67 т/сутки.When the unit operates in design mode with a load of municipal solid waste of 7 t / h and 658.146 kg / h of limestone, 2278 kg of melt per hour is formed. The daily melt yield is 54.67 tons / day.
Температура плавления шлака 1130-1200°С, плотность шлака при температуре 1300-1400°С - 2,7-2,9 т/м3. Средняя удельная теплоемкость - Ср=1,0174+1,0258⋅10-4⋅Тр кДж/кг⋅К. Средняя теплопроводность - λp=3,852 Вт/(м⋅К). Степень черноты при 1400°С - εр=0,7.The melting point of the slag is 1130-1200 ° C, the density of the slag at a temperature of 1300-1400 ° C is 2.7-2.9 t / m 3 . The average specific heat capacity is С p = 1.0174 + 1.0258⋅10 -4 ⋅Т p kJ / kg⋅K. The average thermal conductivity is λ p = 3.852 W / (m⋅K). The degree of blackness at 1400 ° C is ε p = 0.7.
Кислотность расплава - K=(SiO2+TiO2+P2O5)/(CaO+MgO+K2O+Na2O)=1,76.The acidity of the melt is K = (SiO 2 + TiO 2 + P 2 O 5 ) / (CaO + MgO + K 2 O + Na 2 O) = 1.76.
Вместе с отходящими газами из ванны уносятся 2-3% от массы загруженного материала. При работе в проектном режиме (7000 кг ТКО+658 кг известняка) унос составит 140-230 кг/час или 3,67-5,52 т/сутки.Together with the exhaust gases from the bath, 2-3% of the mass of the loaded material is carried away. When working in design mode (7000 kg of MSW + 658 kg of limestone), the ablation will be 140-230 kg / hour or 3.67-5.52 tons / day.
Расчетный химический состав пыли приведен в таблице 9.The estimated chemical composition of the dust is given in table 9.
Образующиеся при сжигании отходов и топлива дымовые газы направляются в водогрейный котел, в котором расположено оборудование для подогрева воздуха до 500°С и элементы подачи в газовый поток реагентов для их обезвреживания.The flue gases generated during the combustion of waste and fuel are sent to a hot water boiler, which contains equipment for heating the air to 500 ° C and feed elements for the reagent gas stream to neutralize them.
После охлаждения дымовые газы подвергаются каталитической и механической очистке и через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.After cooling, the flue gases are subjected to catalytic and mechanical cleaning and are emitted through the chimney into the atmosphere.
С отходящими газами из печи уносится 102 ГДж тепла в час.With the exhaust gases from the furnace, 102 GJ of heat per hour is carried away.
С водоохлаждаемых элементов печи снимается 10 ГДж тепла/час.10 GJ heat / hour is removed from the water-cooled elements of the furnace.
Для нагрева до 500°С воздуха, используемого для сжигания отходов и природного газа, затрачивается 21,7 ГДж/час тепла отходящих газов.To heat up to 500 ° C the air used for the combustion of waste and natural gas, 21.7 GJ / h of heat of the exhaust gases are expended.
Количество тепла, которое может быть получено в виде горячей воды: 102+10-9,23-21,7=81,07 ГДж/час, где 9,23 ГДж/час - тепло, уносимое газами при температуре 180°С.The amount of heat that can be obtained in the form of hot water: 102 + 10-9,23-21,7 = 81,07 GJ / hour, where 9,23 GJ / hour - heat carried away by gases at a temperature of 180 ° C.
Claims (14)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016108824A RU2623394C1 (en) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | Method of thermal neutralisation of municipal waste in melted slag and furnance for its implementation |
| PCT/RU2017/000109 WO2017155428A1 (en) | 2016-03-11 | 2017-03-01 | Waste decontamination method and furnace for the implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016108824A RU2623394C1 (en) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | Method of thermal neutralisation of municipal waste in melted slag and furnance for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2623394C1 true RU2623394C1 (en) | 2017-06-26 |
Family
ID=59241352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016108824A RU2623394C1 (en) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | Method of thermal neutralisation of municipal waste in melted slag and furnance for its implementation |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2623394C1 (en) |
| WO (1) | WO2017155428A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2711634C1 (en) * | 2019-05-22 | 2020-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method of processing of solid municipal wastes |
| RU2753722C1 (en) * | 2020-12-09 | 2021-08-20 | Гагик Гагаринович Арутюнян | Furnace for thermal waste decontamination |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3841889A1 (en) * | 1988-09-10 | 1990-03-15 | Sorg Gmbh & Co Kg | Process for converting solid, substantially anhydrous waste materials into the glass form (vitrification) and apparatus for carrying out the process |
| RU2062949C1 (en) * | 1992-07-03 | 1996-06-27 | Владимир Филиппович Денисов | Plant for processing solid domestic and industrial waste |
| RU2072168C1 (en) * | 1994-02-09 | 1997-01-20 | Вадим Николаевич Раттенберг | DEVICE FOR CONTINUOUS MELTING OF MATERIALS IN SLAG MELT |
| RU2349654C1 (en) * | 2007-06-28 | 2009-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Интенсивные Технологии" | Method for recycling of household and industrial wastes |
| RU94972U1 (en) * | 2009-07-24 | 2010-06-10 | Раттенберг Вадим Николаевич | FURNACE FOR CONTINUOUS MELTING OF MATERIALS IN SLAG MELT |
| RU2451089C2 (en) * | 2009-07-24 | 2012-05-20 | Раттенберг Вадим Николаевич | Method of processing solid wastes in molten slag |
-
2016
- 2016-03-11 RU RU2016108824A patent/RU2623394C1/en active IP Right Revival
-
2017
- 2017-03-01 WO PCT/RU2017/000109 patent/WO2017155428A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3841889A1 (en) * | 1988-09-10 | 1990-03-15 | Sorg Gmbh & Co Kg | Process for converting solid, substantially anhydrous waste materials into the glass form (vitrification) and apparatus for carrying out the process |
| RU2062949C1 (en) * | 1992-07-03 | 1996-06-27 | Владимир Филиппович Денисов | Plant for processing solid domestic and industrial waste |
| RU2072168C1 (en) * | 1994-02-09 | 1997-01-20 | Вадим Николаевич Раттенберг | DEVICE FOR CONTINUOUS MELTING OF MATERIALS IN SLAG MELT |
| RU2349654C1 (en) * | 2007-06-28 | 2009-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Интенсивные Технологии" | Method for recycling of household and industrial wastes |
| RU94972U1 (en) * | 2009-07-24 | 2010-06-10 | Раттенберг Вадим Николаевич | FURNACE FOR CONTINUOUS MELTING OF MATERIALS IN SLAG MELT |
| RU2451089C2 (en) * | 2009-07-24 | 2012-05-20 | Раттенберг Вадим Николаевич | Method of processing solid wastes in molten slag |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2711634C1 (en) * | 2019-05-22 | 2020-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method of processing of solid municipal wastes |
| RU2753722C1 (en) * | 2020-12-09 | 2021-08-20 | Гагик Гагаринович Арутюнян | Furnace for thermal waste decontamination |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2017155428A1 (en) | 2017-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3288451A (en) | Continuous production of furnace products | |
| CN101713543B (en) | Sludge incinerator with no auxiliary fuel | |
| WO1995001208A1 (en) | Waste management facility | |
| CN101921073B (en) | Method and machine for producing lime | |
| RU2699114C2 (en) | Melting apparatus of submersible combustion | |
| CN106495508A (en) | A kind of environmental protection and energy saving light calcined magnesia calcining kiln | |
| RU2623394C1 (en) | Method of thermal neutralisation of municipal waste in melted slag and furnance for its implementation | |
| JPH10103635A (en) | Direct connected type incineration ash melting and processing facility and its processing method | |
| CN107631301A (en) | Vertical incinerator and dangerous waste thing subregion CIU | |
| RU2361161C2 (en) | Reverberatory furnace for metal remelting | |
| JP4116698B2 (en) | Ash fusion incineration system | |
| RU2557190C2 (en) | Reverberatory furnace for aluminium scrap remelting | |
| PL178175B1 (en) | Method of and apparatus for smelting ferrous metals in a coke-fired cupola oven | |
| CN209431412U (en) | Abraum salt high-temperature fusion oxygen blast kiln | |
| KR100654478B1 (en) | A method and apparatus for reducing a feed material in a rotary hearth furnace | |
| EP1367323A1 (en) | Gasification melting furnace and gasification melting method for combustible refuse and/or burned ash | |
| JP2002295817A (en) | Gasification melting furnace for combustible refuse, and method for gasification melting | |
| JP4589832B2 (en) | Incinerator | |
| CN212253668U (en) | Roasting furnace for treating industrial waste salt | |
| JPH11325428A (en) | Incinerator and method for using the same | |
| US5307748A (en) | Cyclonic thermal treatment and stabilization of industrial wastes | |
| RU2135895C1 (en) | Domestic waste combustion plant | |
| Pioro et al. | Advanced melting technologies with submerged combustion | |
| CN218972677U (en) | Tail gas incinerator | |
| CA1206751A (en) | Process of afterburning combustible constituents of exhaust gases from rotary kilns |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180312 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190222 |