RU2704398C1 - Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation - Google Patents
Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2704398C1 RU2704398C1 RU2019108589A RU2019108589A RU2704398C1 RU 2704398 C1 RU2704398 C1 RU 2704398C1 RU 2019108589 A RU2019108589 A RU 2019108589A RU 2019108589 A RU2019108589 A RU 2019108589A RU 2704398 C1 RU2704398 C1 RU 2704398C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melter
- exhaust gas
- melt
- waste
- volume
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области утилизации органических отходов и шламов, в частности, иловых осадков сточных вод очистных сооружений канализации, с получением гранулированного остеклованного шлака для дальнейшего его использования в качестве строительного материала.The invention relates to the field of disposal of organic waste and sludge, in particular, sludge from wastewater from sewage treatment plants, to obtain granular vitrified slag for its further use as a building material.
Известен способ и устройство для сжигания, плавления и остеклования органических и металлических отходов (Патент РФ №2674005). Известный способ сжигания, плавления и остеклования смешанных отходов, содержащих металлические и органические отходы, а также отходы с радиоактивным заражением и/или токсичные отходы, включает в себя следующие этапы: введение в реактор для сжигания кислородной плазмой с холодной или теплой металлической стенкой посредством корзины из стекловолокна через воздушный замок, открывающийся в реактор, отходов, размещенных в мешке, причем мешок размещен в корзине; сжигание отходов в реакторе; плавление остаточных фракций, полученных от сжигания отходов и корзины, в индукционной печи , относящейся к типу с плавлением в контейнере, образующем тигель, при этом указанная печь расположена под реактором; стеклование остаточных фракций в стеклянной матрице; повторение такого цикла для каждой корзины; демонтаж печи и разборка образующего тигель контейнера. Известный способ дорогостоящий в осуществлении из-за применения кислорода, а также сложен из-за сжигания в две стадии.A known method and device for burning, melting and vitrification of organic and metal waste (RF Patent No. 2674005). The known method of burning, melting and vitrifying mixed wastes containing metallic and organic wastes, as well as wastes with radioactive contamination and / or toxic wastes, includes the following steps: introducing into the reactor for burning oxygen plasma with a cold or warm metal wall through a basket of fiberglass through an air lock opening into the reactor, waste disposed in a bag, the bag being placed in a basket; waste incineration in a reactor; melting the residual fractions obtained from the incineration of the waste and the basket in an induction furnace of the type with melting in a container forming a crucible, wherein said furnace is located under the reactor; glass transition of residual fractions in a glass matrix; repeating such a cycle for each basket; dismantling the furnace and disassembling the container forming the crucible. The known method is expensive to implement due to the use of oxygen, and is also complicated due to combustion in two stages.
Известен способ обработки отходов (Патент РФ №2592891), содержащих один или несколько опасных органических компонентов, включающий обработку плазмой отходов в аппарате для плазменной обработки; причем отходы содержат: почву и/или материал-заполнитель и нефтяной компонент; и причем перед обработкой плазмой отходов отходы содержат один или несколько опасных органических компонентов и от 5 до 50% воды по массе отходов. Известный способ достаточно эффективный для опасных отходов, однако, имеет высокий расход электроэнергии из-за применения плазменной обработки.A known method of waste treatment (RF Patent No. 2592891) containing one or more hazardous organic components, including plasma treatment of waste in a plasma processing apparatus; moreover, the waste contains: soil and / or aggregate material and an oil component; and moreover, before the plasma treatment of the waste, the waste contains one or more hazardous organic components and from 5 to 50% water by weight of the waste. The known method is quite effective for hazardous waste, however, has a high energy consumption due to the use of plasma treatment.
Известен способ (Патент RU 2637686), техническим результатом которого является повышение эффективности сжигания ТБО. Установка содержит приемно-разгрузочное устройство, мусоросжигающий котел с топкой, топочную камеру, газоочистное устройство. При этом между приемным узлом и топкой котла установлен сушильный барабан, осуществляющий подсушку ТБО до остаточной влажности не более 5% дымовыми газами от котла, сжигание ТБО в топке котла выполняется с использованием подогретого до 700°C воздуха, который нагревается в теплообменных трубах, проложенных в стенах топочной камеры. Причем подогретый воздух подается в двух местах топочной камеры: под слой ТБО и над слоем ТБО, обеспечивая одновременно сгорание как твердых частиц ТБО, так и недожженных газообразных продуктов пиролиза над горящим слоем ТБО, расплавленный шлак гранулируется в водяной ванне. Недостатком метода являются контактная сушка в барабанной печи до 5% влажности, с предварительным разбавлением отходящего газа воздухом, что может привести к взрывоопасной ситуации, конструкция топки со стенками охлаждаемыми подаваемым воздухом также является недостатком, так как не исключены изменения состава органической фракции, следовательно, и калорийности, в формуле изобретения не упоминается использование дополнительного источника нагрева для поддержания температуры процесса, что ставит под сомнение техническую реализацию способа на реальном потоке отходов, в котором не постоянны такие параметры, как исходное содержание влаги и горючей компоненты, зольность, не предусмотрены меры по предотвращению попадания жидкого расплава в отверстие для подачи воздуха под сырьё.A known method (Patent RU 2637686), the technical result of which is to increase the efficiency of burning solid waste. The installation comprises a receiving and unloading device, a waste incinerator boiler with a furnace, a combustion chamber, and a gas treatment device. At the same time, a drying drum is installed between the receiving unit and the boiler furnace, which drains the solid waste to a residual moisture content of not more than 5% by the flue gases from the boiler, the solid waste is burned in the boiler furnace using air heated to 700 ° C, which is heated in heat exchanger pipes laid in the walls of the combustion chamber. Moreover, the heated air is supplied in two places of the combustion chamber: under the MSW layer and above the MSW layer, while simultaneously burning both solid MSW particles and unburnt gaseous pyrolysis products above the burning MSW layer, the molten slag is granulated in a water bath. The disadvantage of this method is contact drying in a rotary kiln up to 5% humidity, with preliminary dilution of the exhaust gas with air, which can lead to an explosive situation, the design of the furnace with walls cooled by the supplied air is also a disadvantage, since changes in the composition of the organic fraction are possible, and therefore calories, the claims do not mention the use of an additional heating source to maintain the process temperature, which casts doubt on the technical implementation with real person on the waste stream, which are not constant parameters such as the initial moisture content and the combustible components of the ash content, does not provide for measures to prevent the entry of liquid melt into the opening for supplying air under feedstock.
Известен способ безотходной термической переработки твёрдых коммунальных отходов и агрегат для его осуществления (Патент РФ №2461776), выбранный заявителем в качестве ближайшего аналога предлагаемого способа и устройства.There is a method of non-waste thermal processing of solid municipal waste and a unit for its implementation (RF Patent No. 2461776), selected by the applicant as the closest analogue of the proposed method and device.
В известном способе безотходная термическая переработка твердых коммунальных отходов включает сушку указанных отходов перед подачей в плавильную печь газообразным азотом, нагретым до 200-300°C теплом, аккумулированным жидкометаллическим теплоносителем при охлаждении корпуса плавильной камеры, загрузку их с регулируемой скоростью в плавильную камеру, сжигание органических составляющих в атмосфере кислорода на поверхности расплавленного шлака, полученного из минеральных составляющих отходов и добавляемых флюсов в плавильной камере. Образующиеся газы по охлаждаемому патрубку передают в энергетический котел, где осуществляют их дожигание и утилизацию тепла получаемых газов. Скорость непрерывного слива избытка шлака из камеры поддерживают на уровне, обеспечивающем наличие в камере постоянного количества шлака. In the known method, non-waste thermal processing of municipal solid waste involves drying the waste before feeding it into a melting furnace with nitrogen gas, heat heated to 200-300 ° C, accumulated liquid metal coolant while cooling the body of the melting chamber, loading them at a variable speed into the melting chamber, burning organic components in the atmosphere of oxygen on the surface of the molten slag obtained from the mineral components of waste and added fluxes in the melting chamber. The resulting gases are transferred through a cooled nozzle to an energy boiler, where they are burned and utilized the heat of the resulting gases. The rate of continuous draining of excess slag from the chamber is maintained at a level that ensures the presence in the chamber of a constant amount of slag.
Известный агрегат для безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов включает плавильную камеру с системой охлаждения корпуса жидкометаллическим теплоносителем, комбинированные горелки-фурмы и инжекторы для вдувания пыли в стенах, устройства для выпуска избытка шлака и металла, отличается тем, что он дополнительно содержит вращающуюся печь для сушки отходов и герметизированный механизм дозированной загрузки сухих отходов в плавильную камеру, соединенный с ней через загрузочное отверстие, в торцевой стенке камеры выполнено отверстие с охлаждаемым патрубком для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов в котел-утилизатор, в боковой стенке плавильной камеры расположено выпускное отверстие для слива шлака с устройством для поддержания постоянного количества шлака в плавильной камере при непрерывном сливе избытка шлака из камеры, система охлаждения корпуса плавильной камеры жидкометаллическим теплоносителем соединена с вращающейся печью сушки твердых коммунальных отходов для подачи в нее нагретого до 200-300°C азота.The known unit for waste-free thermal processing of solid municipal waste includes a melting chamber with a cooling system for the housing with a liquid metal coolant, combined burner lances and injectors for blowing dust in the walls, a device for discharging excess slag and metal, characterized in that it additionally contains a rotary kiln for drying waste and a sealed mechanism for the metered loading of dry waste into the melting chamber connected to it through a loading hole in the chamber end wall a hole was made with a cooled nozzle for the selection and supply of hot exhaust process gases to the recovery boiler, an outlet for slag discharge is located in the side wall of the melting chamber with a device for maintaining a constant amount of slag in the melting chamber while continuously draining excess slag from the chamber, the body cooling system the melting chamber with a liquid metal coolant is connected to a rotary kiln for drying municipal solid waste to supply nitrogen heated to 200-300 ° C.
Известный способ и агрегат безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов имеет следующие недостатки:The known method and unit waste-free thermal processing of solid municipal waste has the following disadvantages:
- устройство плавильной камеры с жидкометаллическим теплоносителем для охлаждения огнеупоров и вторым азотным контуром теплоносителя для охлаждения первого технически сложное в реализации и эксплуатации решение, а также дорогостоящее;- a melting chamber device with a liquid metal coolant for cooling refractories and a second nitrogen coolant circuit for cooling the first technically difficult solution to implement and operate, as well as expensive;
- в известном способе и агрегате не осуществляется предварительная сортировка ТКО с целью сокращения подачи хлорсодержащих отходов, снижающая риски эмиссии супертоксикантов в окружающую среду;- in the known method and unit, preliminary sorting of MSW is not carried out in order to reduce the supply of chlorine-containing waste, which reduces the risks of the emission of supertoxicants into the environment;
- направление подогретого при охлаждении жидкометаллического контура азота на процесс сушки потребует сложной системы контроля и управления, так как заданный температурный интервал 200-300 оС необходимо поддерживать и при избытке теплоты в плавильной камере, и при её недостатке, необходим узел производства азота; - directing the preheated nitrogen with cooling liquid metal circuit in the drying process requires complex control and monitoring system, since a predetermined temperature interval 200-300 ° C must be maintained and the heat in excess of the melting chamber, and its deficiency is required nitrogen production unit;
- использование кислорода приводит к увеличению капитальных затрат и расхода электрической энергии на производство кислорода при эксплуатации, при больших производительностях потребуется сооружение отдельного здания под кислородную станцию и содержание дополнительного сменного персонала для поддержания работы в круглосуточном режиме;- the use of oxygen leads to an increase in capital costs and the consumption of electric energy for the production of oxygen during operation, at high capacities it will be necessary to construct a separate building for an oxygen station and maintain additional shift personnel to maintain work around the clock;
- высокая температура процесса 1800-1900 оС приводит к увеличению энергозатрат и необходимости охлаждения отходящего газа перед котлом-утилизатором, так как конструктивно утилизатор теплоты на указанные температуры имеет высокие капитальные затраты и дополнительные риски при его эксплуатации в случае аварийного прекращения подачи теплоносителя;- high temperature process of 1800-1900 ° C results in an increase of energy consumption and the need for cooling the exhaust gas before the recovery boiler, since structurally to said heat exchanger temperature has high capital costs and additional risks during its operation in case of emergency stop the flow of coolant;
- теплота, снимаемая в охлаждаемом патрубке перед котлом-утилизатором, не рекуперируется на дальнейшее использование, судя по приведенной формуле изобретения, что говорит о неэффективном использовании большого количества затраченного тепла;- the heat removed in the cooled pipe in front of the waste heat boiler is not recovered for further use, judging by the above claims, which indicates the inefficient use of a large amount of expended heat;
- приведённый расход кислорода 250-390 нм3/т сухих отходов указан без уточнения содержания органической фракции сырья по сухому веществу, которая может находиться в широком диапазоне для заявляемых ТКО, медицинских отходов и твердых техногенных промышленных отходов, что ставит под сомнение применимость известных способа и агрегата для многих типов отходов и сужает спектр применения технологии;- the reduced oxygen consumption of 250-390 nm 3 / t dry waste is indicated without specifying the content of the organic fraction of the raw material for dry matter, which can be in a wide range for the claimed MSW, medical waste and industrial solid industrial waste, which casts doubt on the applicability of the known method and unit for many types of waste and narrows the range of technology application;
- указываемого авторами требования к отношению масс загружаемых в 1 минуту отходов к массе расплавленного шлака в пределах 0,0067-0,0045 недостаточно для предотвращения слоевого горения, критерии выбора площади (зеркала) расплава не обозначены, это может привести к ситуации, в которой при определённых условиях выполнения указанных требований к соотношению масс, геометрия плавильной камеры будет подобрана так, что слои отходов будут накапливаться под окном загрузки;- the requirements indicated by the authors regarding the ratio of the masses of waste loaded per minute to the mass of molten slag within the limits of 0.0067-0.0045 are not enough to prevent layer burning, the criteria for selecting the area (mirror) of the melt are not indicated, this can lead to a situation in which certain conditions for fulfilling the specified requirements for the mass ratio, the geometry of the melting chamber will be selected so that the layers of waste will accumulate under the loading window;
- при отсутствии дополнительных мер в отношении предотвращения слоевого горения, помимо интенсификации процесса кислородом, и формирования требований к площади бассейна расплава, загрузка отходов из одного окна, предлагаемая авторами в известном агрегате, является существенным недостатком.- in the absence of additional measures regarding the prevention of layer burning, in addition to the intensification of the process with oxygen, and the formation of requirements for the area of the melt pool, the loading of waste from one window, proposed by the authors in a known unit, is a significant drawback.
Техническая задача заявленного изобретения состоит в разработке технически простого способа и устройства остеклования осадка сточных вод (и других органических отходов), обеспечивающих увеличение производительности установки сжигания, интенсификацию слоевого горения сырья на поверхности шлакового расплава, сокращение объема при переработке иловых осадков и получение инертного остеклованного гранулированного материала пригодного для применении в строительстве, снижение негативного экологического влияния на окружающую среду при захоронении органических или опасных промышленных отходов на открытых площадках, вблизи населённых пунктов и водоёмов.The technical task of the claimed invention is to develop a technically simple method and device for vitrification of sewage sludge (and other organic waste), providing an increase in the productivity of the combustion plant, intensification of layer-by-layer burning of raw materials on the surface of the slag melt, reduction in the volume of sludge processing and the production of inert vitrified granular material suitable for use in construction, reducing the negative environmental impact on the environment when burial of organic or hazardous industrial waste in open areas, near settlements and water bodies.
Технический результат остеклования илового осадка (и других органических отходов) заключается в значительном сокращении объёма образующихся или накопленных в результате работы очистных сооружений отходов.The technical result of vitrification of silt sludge (and other organic waste) is a significant reduction in the volume of waste generated or accumulated as a result of the treatment facilities.
Дополнительным эффектом от внедрения изобретения является получение товарного продукта – экологически безопасного остеклованного гранулированного шлака вместо отходов, который может быть использован, как строительный материал в дорожном, гражданском и промышленном строительстве, в производстве строительных материалов.An additional effect of the implementation of the invention is to obtain a marketable product - environmentally friendly vitrified granulated slag instead of waste, which can be used as building material in road, civil and industrial construction, in the production of building materials.
Технический результат достигается следующими решениями, объединёнными общим изобретательским смыслом.The technical result is achieved by the following solutions, united by a common inventive meaning.
Технический результат достигается тем, что в способе остеклования илового осадка очистных сооружений или других органических шламов и отходов методом высокотемпературного окисления на поверхности шлакового расплава, включающем сушку отходов перед подачей в плавильную камеру, загрузку их в плавильную камеру, окисление органических составляющих на поверхности расплавленного шлака, полученного из минеральных составляющих отходов в плавильной камере, утилизацию тепла получаемых газов и их очистку, высушенный осадок подают на пеллетизирование, после чего подают в бункер накопитель, из которого подают в плавитель распределённым образом на поверхность шлакового расплава, который находится на дне плавителя, при этом температура в объёме плавителя должна быть не менее 1200 оС и не более 1600 оС, уровень жидкого шлака поддерживают внутри плавителя за счет минеральной фракции вновь поступающего на поверхность расплава исходного сырья, осуществляют распределённое дутье в плавитель, ввод окислителя, предварительно подогретого отходящим газом на теплообменниках, избыточного к стехиометрическому отношению окислитель/органическая компонента сырья, при этом избыток над стехиометрическим соотношением окислитель/органическая компонента сырья для полного окисления органики должен составлять 1,5-2 – для воздуха, 1,1-1,3 – для кислорода (по массе), осуществляют слив расплава из плавителя, отходящий газ эвакуируют из объёма плавителя через отверстие в плавителе с помощью системы дымоудаления, после чего отходящий газ разбавляют холодным воздухом и направляют в теплообменник и в котел-утилизатор, после охлаждения в котором отходящий газ направляют на очистку от пыли в мультициклоне, уловленную пыль возвращают в плавитель.The technical result is achieved by the fact that in the method of vitrification of sludge sludge treatment plants or other organic sludge and waste by the method of high-temperature oxidation on the surface of the slag melt, including drying the waste before being fed to the melting chamber, loading them into the melting chamber, oxidizing organic components on the surface of the molten slag, obtained from the mineral constituents of the waste in the smelting chamber, the heat recovery of the resulting gases and their purification, the dried sludge is fed to pellets tion then fed to the hopper drive from which is fed into the melter distributed manner on the surface of molten slag, which is located at the bottom of the melter, while the temperature in the bulk melter should be at least 1200 C and not more than 1600 ° C, the level of molten slag they support the inside of the melter due to the mineral fraction of the feedstock coming back to the melt surface, distribute blast into the melter, introduce an oxidizer, preheated with exhaust gas on heat exchangers, excess to the stoichiometric ratio of the oxidizing agent / organic component of the feedstock, while the excess over the stoichiometric ratio of the oxidizing agent / organic component of the feedstock for the complete oxidation of organic matter should be 1.5-2 for air, 1.1-1.3 for oxygen (by weight), the melt is drained from the melter, the exhaust gas is evacuated from the melter volume through the opening in the melter using a smoke exhaust system, after which the exhaust gas is diluted with cold air and sent to the heat exchanger and to the recovery boiler, after cooling to the cat rum exhaust gas directed to the purification of a multi-cyclone dust trapped by the dust is returned to the melter.
Дополнительно осуществляют предварительное механическое обезвоживания исходного илового осадка до 70-85% влажности, после чего его подают в накопительную ёмкость. Сушку производят, косвенным нагревом в блоке сушки с использованием теплоты, рекуперируемой в системе газоочистки в котле-утилизаторе, что повышает энергоэффективность процесса. При этом исходное сырьё высушивают в сушильных установках с косвенным нагревом маслом, паром или дымовым газом от сжигания углеводородного топлива, либо в сушильных установках с непосредственным нагревом сырья в объёме установки теплом газообразного теплоносителя. Additionally, preliminary mechanical dewatering of the initial sludge sludge to 70-85% humidity is carried out, after which it is fed to the storage tank. Drying is carried out by indirect heating in the drying unit using heat recovered in the gas treatment system in the recovery boiler, which increases the energy efficiency of the process. In this case, the feedstock is dried in drying plants with indirect heating with oil, steam or flue gas from the combustion of hydrocarbon fuels, or in drying plants with direct heating of the raw materials in the volume of the installation with warm gaseous heat carrier.
Отходящий газ из блока сушки направляют на теплообменник конденсации выпара с косвенным охлаждением водой, затем на паровой подогреватель, вытяжным вентилятором через распределитель потока направляют, либо на адсорбер и дымовую трубу в пусковом режиме, либо в плавитель в крейсерском режиме для удаления дурнопахнущих веществ. При этом в плавителе при высокой температуре в окислительной среде происходит полное необратимое разложение всех друнопахнущих веществ.The exhaust gas from the drying unit is sent to a vapor condensation heat exchanger with indirect cooling by water, then to a steam heater, by an exhaust fan through a flow distributor, either to the adsorber and chimney in the starting mode, or to the melter in cruising mode to remove foul-smelling substances. Moreover, in the melter at a high temperature in an oxidizing environment, complete irreversible decomposition of all drone-smelling substances occurs.
Отходящий газ на выходе из зоны дожигания разбавляют холодным воздухом до температуры 1000-1100 оС, отходящий газ поступает в циклонный реактор восстановления NO, где его смешивают с раствором мочевины и где происходит подавление содержания термических оксидов азота.The exhaust gas at the exit from the afterburning zone is diluted with cold air to a temperature of 1000-1100 о С, the exhaust gas enters the cyclone NO reduction reactor, where it is mixed with the urea solution and where the content of thermal nitrogen oxides is suppressed.
При осуществлении способа могут быть дополнительно выполнены следующие операции.When implementing the method, the following operations can be additionally performed.
Частично воздушное или кислородное дутьё подают через слой расплава. Partially air or oxygen blast is fed through the melt layer.
Исходное сырьё пеллетизируют с использованием экструдирования на плоской или кольцевой матрице.The feedstock is pelletized using extrusion on a flat or ring matrix.
Исходное сырьё дробят.The feedstock is crushed.
Из бункера-накопителя сырьё подают в футерованный объём плавителя температуростойким шнековым загрузчиком.From the storage hopper, raw materials are fed into the lined volume of the melter by a heat-resistant screw loader.
Из бункера-накопителя сырьё подают в футерованный объём плавителя пневматическим транспортером.Raw materials are fed from the storage hopper to the lined volume of the melter by a pneumatic conveyor.
Из бункера-накопителя сырьё подают в футерованный объём плавителя охлаждаемым или температуростойким шлюзовым затвором. From the storage hopper, raw materials are fed into the lined volume of the melter with a cooled or heat-resistant lock.
В качестве источника нагрева используют горелки на углеводородном газовом или жидком топливе.As a heating source, burners using hydrocarbon gas or liquid fuel are used.
В качестве дополнительного твердого источника нагрева используют электрическую дугу.As an additional solid source of heating using an electric arc.
В качестве источника нагрева используют плазмотроны.As a heat source, plasmatrons are used.
В качестве дополнительного источника нагрева используют омический нагрев при пропускании тока через слой жидкого шлака.As an additional source of heating, ohmic heating is used while passing current through a layer of liquid slag.
В качестве источника нагрева дополнительно используют энерговыделения от окисления органической компоненты сырья.As a source of heating, additional energy is used from the oxidation of the organic components of the raw material.
В качестве источника нагрева дополнительно используют энерговыделения от сгорания твердого топлива.As a source of heating, additional energy is used from the combustion of solid fuels.
Слив расплава из плавителя осуществляют в гранулятор стекломассы.The melt is drained from the melter into a glass melt granulator.
Отходящий газ эвакуируют из объёма плавителя через отверстие в своде плавителя, либо через отверстие сбоку плавителя, либо через отверстие с торца плавителя.The off-gas is evacuated from the volume of the melter through an opening in the arch of the melter, either through an opening on the side of the melter, or through an opening from the end of the melter.
Отходящий газ охлаждают до 30-50 оС после чего направляют в щелочной скруббер, затем подогревают и дымососом, создающим разрежение во всей цепочке газоочистке и плавителе, направляют в дымовую трубу.The exhaust gas is cooled to 30-50 ° C and then fed to a caustic scrubber, and is subsequently reheated exhauster that creates a vacuum in the chain and smelter gas treatment is directed to a chimney.
Время пребывания в зоне дожигания плавителя должно быть не менее 2 с при температуре не менее 1200 оС.The residence time in the reburning zone melter must be at least 2 seconds at a temperature not less than 1200 ° C.
Технический результат также достигается тем, что в устройстве для остеклования илового осадка сточных вод или других органических шламов и отходов методом высокотемпературного окисления на поверхности шлакового расплава, содержащем плавитель, в котором выполнено отверстие для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов в котел-утилизатор, устройство для сушки отходов, механизм дозированной загрузки сухих отходов в плавитель, соединенный с ним через загрузочное отверстие, в торцевой стенке плавителя расположено выпускное отверстие для слива шлака, загрузочные окна выполнены в своде плавителя, количество загрузочных окон определено из расчета на 1 м2 расплава 50-250 кг/ч осадка, в боковых и торцевых стенках плавителя выполнены дополнительные отверстия, расположенные в несколько рядов таким образом, что нижний ряд находится над уровнем расплава и предназначен для подачи воздуха внутрь слоя, образованного поступающими отходами на поверхности шлакового расплава, верхний ряд предназначен для подачи воздуха над указанным слоем, в боковых стенках плавителя между загрузочными окнами и в торцевых стенках между упомянутыми дополнительными отверстиями по высоте на уровне или выше слоя, образованного поступающими отходами на поверхности шлакового расплава, расположены нагревательные устройства, плавитель соединен футерованным газоходом с реактором восстановления.The technical result is also achieved by the fact that in the device for vitrification of sludge sludge from sewage or other organic sludge and waste by high-temperature oxidation on the surface of the slag melt containing a melter, in which a hole is made for the selection and supply of hot exhaust process gases to the recovery boiler, the device for drying waste, the mechanism for the metered loading of dry waste into the melter connected to it through a loading hole, an outlet is located in the end wall of the melter a hole for draining slag, loading windows are made in the arch of the melter, the number of loading windows is determined on the basis of 1 m2 of melt 50-250 kg / h of sediment, additional holes are made in the side and end walls of the melter, arranged in several rows so that the bottom the row is located above the melt level and is designed to supply air into the layer formed by incoming waste on the surface of the slag melt, the upper row is designed to supply air above the specified layer in the side walls of the melter m forward and boot windows in the end walls between said additional openings height at or above the layer formed on the surface of the incoming waste slag melt, heating devices are arranged, the lined melter flue connected with the reduction reactor.
При этом газ эвакуируется из объёма плавителя через отверстие в своде плавителя, либо через отверстие сбоку плавителя, либо через отверстие с торца плавителя. In this case, the gas is evacuated from the volume of the melter through an opening in the arch of the melter, either through an opening on the side of the melter, or through an opening from the end of the melter.
Для поддержания температурного режима в плавителе используют горелочные устройства, либо электрическую дугу, либо омический нагрев расплава с помощью электродов, либо плазмотрон.To maintain the temperature regime in the melter, burners are used, either an electric arc, or ohmic heating of the melt with the help of electrodes, or a plasma torch.
Плавитель снабжен ступенькой.The melter is equipped with a step.
Объём плавителя разделен на две части: зона горения, зона дожигания, при этом зона горения ограничивается загрузочными окнами и время пребывания отходящего газа в зоне дожигания должно составлять не менее 2 с при температуре не менее 1200 оС.Volume melting unit is divided into two parts: the combustion zone, the afterburning zone, the combustion zone is limited by the boot windows and the residence time of waste gas in the reburning zone should be at least 2 seconds at a temperature not less than 1200 ° C.
Пеллетизация илового осадка после сушки существенно сокращает пылеунос в процессе его переработки в плавителе, а также позволяет формировать при загрузке пористые структуры для интенсификации слоевого горения. Пеллеты осадка проходят процесс остеклования в плавителе при температуре 1400-1600 оС и времени выдержи при температуре не менее 1200 оС не менее 2 с, что способствует уничтожению и исключению повторного образования таких вредных веществ, как супертоксиканты (диоксины, фураны).Pelletization of sludge sludge after drying significantly reduces dust removal during its processing in the smelter, and also allows the formation of porous structures during loading to intensify layer combustion. Pellets precipitate tested vitrification melter process at a temperature of 1400-1600 C and the soak time at a temperature of at least 1200 ° C with not less than 2, which contributes to the destruction and elimination of re-formation of such harmful substances as supertoxicants (dioxins, furans).
Сокращение эмиссии загрязняющих веществ в окружающую среду достигается, в том числе, применением циклонного реактора восстановления NO, в котором содержание NO в отходящем газе сокращается вводом раствора мочевины в газовый поток,The reduction of pollutant emissions into the environment is achieved, inter alia, by using a cyclone NO reduction reactor, in which the NO content in the exhaust gas is reduced by introducing a urea solution into the gas stream,
Плавление минеральной фракции в плавителе и слив расплава в гранулятор стекломассы приводит к формированию химически стойких инертных стеклоподобных гранул, инкапсулирующих такие опасные вещества, как тяжёлые металлы.Melting the mineral fraction in the smelter and draining the melt into a glass melt granulator leads to the formation of chemically resistant inert glass-like granules encapsulating such hazardous substances as heavy metals.
Соотношение окислитель/органическая компонента сырья подобрано экспериментально. Избыток воздуха 1,5-2 по массе над стехиометрией по отношению к органической части осадка (1,1-1,3 по кислороду) выбран оптимальным по трём параметрам: полное сгорание всех углеродсодержащих компонент, среднемассовая температура процесса и время протекания реакции. Указанный избыток обеспечивал полное сгорание углерода, не приводил к снижению среднемассовой температуры процесса и не увеличивал время протекания реакции. The ratio of the oxidizing agent / organic component of the raw material is selected experimentally. An excess of air of 1.5-2 by mass over stoichiometry with respect to the organic part of the precipitate (1.1-1.3 by oxygen) was selected as optimal in three parameters: complete combustion of all carbon-containing components, mass-average temperature of the process, and reaction time. The specified excess ensured complete combustion of carbon, did not lead to a decrease in the mass-average temperature of the process, and did not increase the reaction time.
Соответствие отходящего газа экологическим нормам выполняется путём использования комплексной системы газоочистки, состоящей из предварительного охлаждения отходящего газа воздухом на выходе из зоны дожигания плавителя, реактора восстановления NO, теплообменника подогрева дутьевого воздуха отходящим газом, котла-утилизатора (одно- или двухконтурного), очистки от пыли (мультициклоном и/или рукавным фильтром), теплообменника охлаждения отходящего газа перед скруббером, щелочного скруббера с циркуляционной емкостью и ёмкость-дозатором щелочи (может дополняться вторым кислотным скруббером в случае необходимости), теплообменника подогрева отходящего газа после скруббера, дымососа и дымовой трубы.The compliance of the exhaust gas with environmental standards is carried out by using an integrated gas cleaning system, which consists of pre-cooling the exhaust gas with air at the outlet of the afterburner of the melter, the NO reduction reactor, the heat exchanger for heating the blast air with the exhaust gas, a waste heat boiler (single or double circuit), and dust removal (multicyclone and / or bag filter), an exhaust gas cooling heat exchanger in front of the scrubber, an alkaline scrubber with a circulation tank and a metering tank alkali (may be supplemented by a second acidic scrubber if necessary), a heat exchanger heating the exhaust gas after the scrubber, exhauster and chimney.
Зола, уловленная на соответствующей стадии газоочистки и в циклонном реакторе, возвращается в плавитель, что в совокупности с получением инертного гранулированного шлака, приводит к «нулевому» захоронению.The ash collected at the appropriate gas treatment stage and in the cyclone reactor is returned to the melter, which, together with the production of inert granular slag, leads to "zero" disposal.
Применение пеллетизации высушенного осадка перед подачей в плавитель снижает унос золы отходящим газом и увеличивает производительность плавителя, образуя на поверхности жидкого шлака пористую горку, ускоряющую слоевое горение. Подача окислителя непосредственно в горку, распределенная подача пеллет на поверхность жидкого шлака, высокая температура и время контакта исключает эмиссию супертоксикантов. The use of pelletization of the dried sediment before feeding it to the melter reduces the ash entrainment by the exhaust gas and increases the productivity of the melter, forming a porous slide accelerating layer combustion on the surface of liquid slag. The supply of oxidizing agent directly to the hill, the distributed supply of pellets to the surface of liquid slag, the high temperature and contact time exclude the emission of supertoxicants.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает сокращение объема при переработке обезвоженных иловых осадков в 25 раз, инкапсуляцию тяжёлых металлов в химически стойкую инертную стекловидную матрицу и получение инертного остеклованного гранулированного материала, снижение негативного экологического влияния на окружающую среду при захоронении органических или опасных промышленных отходов на открытых площадках, вблизи населённых пунктов.The proposed technical solution provides a reduction in volume during the processing of dehydrated sludge by 25 times, encapsulation of heavy metals into a chemically resistant inert glassy matrix and the production of inert vitrified granular material, reducing the negative environmental impact on the environment when disposing of organic or hazardous industrial waste in open areas, close to settlements.
Состав минеральной фракции осадка сточных вод таков, что при его расплавлении получается остеклованный гранулированный шлак вместо отходов, который может быть использован, как вторичное сырьё во многих областях промышленности.The composition of the mineral fraction of the sewage sludge is such that when it is melted, vitrified granular slag is obtained instead of waste, which can be used as a secondary raw material in many industries.
Сущность заявленного способа и устройства для его осуществления поясняется следующими чертежами.The essence of the claimed method and device for its implementation is illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 показана технологическая схема остеклования илового осадка очистных сооружений или других органических шламов и отходов методом высокотемпературного окисления на поверхности шлакового расплава.In FIG. 1 shows a flow diagram of the vitrification of silt sludge from treatment facilities or other organic sludge and waste by high-temperature oxidation on the surface of the slag melt.
На фиг. 2 показано устройство для остеклования илового осадка очистных сооружений или других органических шламов и отходов методом высокотемпературного окисления на поверхности шлакового расплаваIn FIG. 2 shows a device for vitrification of sludge sludge treatment facilities or other organic sludge and waste by high-temperature oxidation on the surface of the slag melt
На фиг. 3 показан поперечный разрез устройства для остеклования илового осадка очистных сооружений или других органических шламов и отходов методом высокотемпературного окисления на поверхности шлакового расплава (разрез А-А).In FIG. Figure 3 shows a cross-section of a device for vitrification of silt sludge from treatment facilities or other organic sludge and waste by the high-temperature oxidation method on the surface of a slag melt (section AA).
Способ остеклования илового осадка очистных сооружений или других органических шламов и отходов методом высокотемпературного окисления на поверхности шлакового расплава осуществляется следующим образом. Осадок после предварительного механического обезвоживания (с влажностью 70-85%) подаётся в накопительную ёмкость 1, откуда системой загрузки осадка 2, включающей шнековые загрузчики или подачу осадка насосами, передаётся на блок сушки 3, где происходит сушка осадка до влажности 10-30% косвенным нагревом насыщенным паром в роторных сушильных установках (или термальным маслом), теплота на процесс сушки рекуперируется в котле-утилизаторе 25 в системе газоочистки, высушенный иловый осадок системой подачи 4 направляется на пеллетизирование 5, пеллеты формируются методом экструдирования на плоской или кольцевой матрице до получения цилиндрической формы (диаметром 2,5-10 мм, длиной 5-40 мм), конденсат пара из сушильных установок подаётся на систему возврата конденсата 38, отходящий газ блока сушки подаётся на конденсацию выпара 9 косвенным охлаждением водой в теплообменнике (или прямым с впрыском охлаждающей воды), после конденсации воздушный поток подогревается в паровом калорифере 10 и вытяжным вентилятором 11 направляется через распределитель потока 12 либо на адсорбер 13 и в дымовую трубу 33 в пусковом режиме, либо в плавитель 14 в крейсерском режиме для термического уничтожения дурнопахнущих веществ, пеллеты осадка выгружаются системой 6 (ленточные или шнековые транспортёры с охладителем пеллет) в бункер-накопитель 7, из которого охлаждаемой системой распределения пеллет по площади плавителя 8 загружаются на процесс остеклования в плавитель 14, температура в плавителе поддерживается в диапазоне 1200-1600 оС с помощью горелочных устройств 17 и энерговыделения от сгорания органической фракции осадка (или электрической дугой, омическим нагревом расплава с помощью электродов, плазмотронами, твёрдым топливом, за счет калорийности исходного сырья или любой комбинацией перечисленных методов), из системы подачи топлива 16 (природного газа или другого углеводородного топлива) и системы подачи воздуха (или кислорода) 15 топливо и окислитель передаются на горелки, воздушное дутьё на окисление органики подаётся распределённым образом в объём плавителя с помощью системы подачи воздуха 22 (или кислорода) через теплообменник предварительного подогрева воздуха 23 водяным теплоносителем (низкопотенциальной теплотой, рекуперированной перед скруббером в теплообменнике 27) и теплообменник подогрева воздуха отходящим газом 24 (теплообменник «воздух-воздух»), внутри плавителя органическая фракция сырья окисляется с выделением энергии, минеральная плавится, слив расплава производится в гранулятор стекломассы 18, гранулы выгружаются в бункер-накопитель и вывозятся на продажу потребителю, отходящий газ дожигается внутри объёма плавителя 14 при условиях пребывания в зоне дожигания не менее 2 с и температуре не менее 1200 оС, на выходе из зоны дожигания отходящий газ охлаждается до температуры 1000-1100 оС вводом резервного охлаждающего воздуха через соответствующую систему 19, затем отходящий газ попадает в циклонный реактор 20 восстановления оксидов азота (NO), где из ёмкости-дозатора 21 подаётся раствор мочевины, в результате впрыска раствора мочевины температура отходящего газа снижается до 950-1050 оС и происходит реакция восстановления NO, циклонная конфигурация реактора 20 позволяет не только восстановить NO, но и дополнительно сократить количество пыли, поступающей на теплообменное оборудование, объём циклонного реактора подбирается таким образом, чтобы время пребывания составляло не около 0,5 с, после выхода из реактора 20 отходящий газ поступает в теплообменник «воздух-воздух» 24 для подогрева дутьевого воздуха и котёл утилизатор 25, котёл-утилизатор 25 выполняется одноконтурным в случае использования турбины с противодавлением (общий паровой контур для производства электрической энергии и сушки, деаэратор под давлением, на выходе из турбины пар с параметрами, требуемыми для сушки), двухконтурным в случае использования конденсационной турбины (раздельные контуры для производства электрической энергии – перегретый пар, и сушки – насыщенный пар), теплота в котле-утилизаторе 25 рекуперируется на сушку осадка 3 и производство электрической энергии в блочном турбогенераторе 34, температура отходящего газа на выходе котла-утилизатора превышает точку конденсации и находится в диапазоне 120-150 оС, отходящий газ после котла-утилизатора поступает в мультициклон 26 (и/или рукавный фильтр) для очистки от пыли и золы, возвращаемой в плавитель после улавливания, после пылеочистки 26 отходящий газ поступает в водяной теплообменник с косвенным охлаждения отходящего газа перед скруббером 27 (или контактный по типу трубы Вентури), охлаждается до температуры 40-50 оС и переходит на стадию газоочистки в щелочном скруббере 28 с оборотной ёмкостью 29 и ёмкость-дозатором щелочи 30 (щелочной скруббер может быть дополнен кислотным скруббером в случае необходимости), на выходе из скруббера отходящий газ подогревается в теплообменнике 31 до температуры 70 оС или выше, разрежение в плавителе и во всей цепочке газоочистки создаётся вытяжным вентилятором 32, после подогрева в теплообменнике 31 отходящий газ направляется в дымовую трубу 33, теплообменники 27, 31 и 23 объединены общим водяным контуром, теплообменники 27 и 31 объединены общим воздушным контуром, в зимнее время года воздух в предварительном теплообменнике подогрева 23 нагревается при заборе с улицы до 20-40 оС, а остаточная теплота после теплообменника 23 направляется на обогрев помещения, где располагается оборудование, в летнее время вся остаточная теплота после теплообменника 31 направляется на подогрев воздуха в теплообменнике 23, всё оборудование потребляет воду от собственного контура, вода для которого подготавливается в системе 36, и накапливается в баке подготовленной питательной воды 37, для охлаждения воды в контурах используется градирня 35 (вентиляторная или «сухая»).The method of vitrification of sludge sludge treatment plants or other organic sludge and waste by the method of high temperature oxidation on the surface of the slag melt is as follows. Sludge after preliminary mechanical dehydration (with a humidity of 70-85%) is fed to storage tank 1, from where the sludge loading system 2, including screw feeders or sludge feed by pumps, is transferred to drying unit 3, where the sludge is dried to a moisture content of 10-30% indirect by saturated steam heating in rotary drying plants (or thermal oil), heat for the drying process is recovered in a waste heat boiler 25 in the gas treatment system, dried sludge from the feed system 4 is sent to pelletizing 5, pellet s are formed by extrusion on a flat or annular matrix to a cylindrical shape (with a diameter of 2.5-10 mm, length 5-40 mm), steam condensate from the drying units is fed to the condensate return system 38, the exhaust gas of the drying unit is fed to the condensation of the vapor 9 indirect cooling with water in a heat exchanger (or direct with injection of cooling water), after condensation, the air flow is heated in a steam heater 10 and the exhaust fan 11 is sent through a flow distributor 12 or to the adsorber 13 and to the chimney 33 in start-up mode, or in melter 14 in cruise mode for thermal destruction of odorous substances, pellets of sludge are discharged by system 6 (belt or screw conveyors with pellet cooler) into storage hopper 7, from which they are loaded onto the pellet distribution system by melter area 8 onto vitrification process in the melter 14, the temperature in the melter is maintained in the range of 1200-1600 о С with the help of burner devices 17 and the energy released from the combustion of the organic fraction of the precipitate (or electric arc, omi by heating the melt with electrodes, plasmatrons, solid fuel, due to the caloric content of the feedstock or any combination of the above methods), from the fuel supply system 16 (natural gas or other hydrocarbon fuel) and the air (or oxygen) supply system 15, the fuel and oxidizer are transferred to burners, air blast for the oxidation of organic matter is distributed in a distributed manner to the volume of the melter using the air supply system 22 (or oxygen) through the heat exchanger preheating the air 23 with water heat carrier (low-grade heat recovered in front of the scrubber in the heat exchanger 27) and the heat exchanger for heating the air with exhaust gas 24 (air-to-air heat exchanger), inside the melter the organic fraction of the feed is oxidized with energy release, the mineral is melted, the melt is drained into the glass granulator 18, granules are discharged into the storage bunker and exported to the consumer, the off-gas is burned inside the volume of the melter 14 under conditions of stay in the afterburning area of at least 2 s and a temperature of at least 1200 о С, at the exit from the post-combustion zone, the exhaust gas is cooled to a temperature of 1000-1100 о С with the introduction of reserve cooling air through the corresponding system 19, then the exhaust gas enters the cyclone reactor 20 for the reduction of nitrogen oxides (NO), where a solution is supplied from the metering tank 21 urea, as a result of the urea solution injection exhaust gas temperature is reduced to 950-1050 ° C and reduction reaction occurs nO, cyclone reactor 20 configuration allows not only to recover nO, but also to further reduce the amount of dust post flowing to the heat exchange equipment, the volume of the cyclone reactor is selected so that the residence time is not about 0.5 s, after leaving the reactor 20, the exhaust gas enters the air-to-air heat exchanger 24 for heating the blast air and the waste heat boiler 25, the boiler the utilizer 25 is single-loop in the case of using a backpressure turbine (a common steam circuit for generating electric energy and drying, a deaerator under pressure, steam leaving the turbine with the parameters required for drying), a two-circuit in case of using a condensation turbine (separate circuits for electric energy production - superheated steam, and drying - saturated steam), the heat in the recovery boiler 25 is recovered for drying the sludge 3 and the production of electric energy in the block turbogenerator 34, the temperature of the exhaust gas at the boiler outlet -utilizatora exceeds the condensation point and stored in the range 120-150 C, the exhaust gas after the waste heat boiler 26 enters the multicyclone (and / or bag filter) for removal of dust and ash, recycled to melt the s after capture, after dedusting exhaust gas 26 flows into the water heat exchanger with indirect cooling of the flue gas scrubber 27 before (or pin of the Venturi type), cooled to 40-50 ° C and goes to gas purification step in an alkali scrubber 28, with the reverse capacity 29 and metering tank 30 alkali (alkaline scrubber may be supplemented by an acid scrubber if necessary) at the outlet of the scrubber effluent gas is heated in heat exchanger 31 to a temperature of 70 ° C or higher in vacuum in the melter and the entire gas cleaning chain is created by an exhaust fan 32, after heating in the heat exchanger 31, the exhaust gas is sent to the chimney 33, the heat exchangers 27, 31 and 23 are combined by a common water circuit, the heat exchangers 27 and 31 are combined by a common air circuit, in winter, the air in the preheating preheater 23 is heated at a fence from street to 20-40 ° C, and the residual heat after the heat exchanger 23 is directed to the heating of the room where the equipment is located, in the summer, after all the residual heat exchanger 31 is sent to heat the air in the heat exchanger 23, all equipment consumes water from its own circuit, the water for which is prepared in the system 36, and accumulates in the tank of prepared feed water 37, a cooling tower 35 (fan or dry) is used to cool the water in the circuits.
Устройство содержит плавильную камеру, покрытую огнеупорным материалом 44. В своде плавителя устанавливаются шнековые охлаждаемые загрузчики 39 с герметичными шлюзовыми затворами 47 для подачи на поверхность расплава через отверстия 41 пеллет высушенного осадка, формирующих при загрузке на поверхности расплава пористые «горки» 50. Воздушное дутьё (или кислородное) подаётся распределённым образом через керамические температуростойкие (или металлические охлаждаемые) трубки 40 в отверстия 42 в боковых и торцевых стенках. Воздушное дутьё подогревается теплотой отходящего газа (или иными способами) до температуры в диапазоне 300-1100 оС. Отверстия 42 располагаются в несколько рядов в боковых и торцевых стенах плавителя таким образом, чтобы нижний ряд отверстий подавал воздух непосредственно в «горку» пеллет, но над слоем расплава 43, а верхний подавал дутьё выше «горок» пеллет 50. Минимальный уровень расплава в плавителе задаётся ступенькой 48 на дне бассейна, препятствующей полному сливу жидких расплавленных минералов. Температура на уровне 1400-1600 оС в плавителе поддерживается за счет энерговыделения от окисления органической фракции пеллет осадка и сгорания природного газа (или другого углеводородного топлива) в горелках 42. Горелки располагаются по центру между предполагаемыми областями формирования горок сырья 50, задаваемыми положением отверстий 41 в своде плавителя. Высота размещения горелок выбирается на уровне или выше максимальной высоты горок сырья. Плавитель условно делится на две области: зона горения, ограничиваемая отверстиями загрузки 41 в своде, и зона дожигания отходящего газа и проварки расплава минеральной фракции. Количество загрузочных окон 41 (загрузочных устройств 39, шлюзовых затворов 47) и площадь зоны горения выбирается исходя из требуемой производительности, учитывая, что на 1 м2 расплава подаётся 50-250 кг/ч пеллет осадка. Объём над уровнем расплава в зоне дожигания выбирается из расчета времени пребывания отходящего газа в этом объёме не менее 2 с при температуре не менее 1200 оС, в объём зоны дожигания может быть также учтено свободное пространство футерованного газохода 45, соединяющего плавитель с реактором восстановления NO, что позволяет регулировать длину участка проварки минеральной фракции. Слив расплава осуществляется через отверстие 49. При дополнении отверстия заслонкой (охлаждаемой или керамической) слив расплава может быть, как непрерывный, так и порционный. Уровень расплава поддерживается в плавителе путём загрузки новых порций пеллет через окна 41.The device comprises a melting chamber coated with
Работа устройства осуществляется следующим образом. Пеллеты высушенного илового осадка (цилиндрической формы диаметром 2,5-10 мм, длиной 5-40 мм) подаются шнековыми охлаждаемыми загрузчиками 39 (или пневматическими загрузчиками) с герметичными шлюзовыми затворами 47 через отверстия в своде футерованного плавителя 44 на поверхность шлакового расплава 43 и формируют «горки» сырья 50, обладающие пористой структурой. Воздушное дутьё на окисление органической компоненты осадка подаётся через керамические температуростойкие трубки 40 (или водоохлаждаемые металлические) в отверстия 42, выполненные в боковых и торцевых стенках футерованного объёма плавителя 44, расположенные в несколько рядов так, что нижний ряд осуществляет подачу воздуха над слоем расплава в «горку» пеллет, а верхний ряд над «горкой» пеллет. Температурный режим в плавителе на уровне 1400-1600 оС поддерживается за счет выделения энергии от окисления органической фракции осадка и теплотой, вводимой дополнительно горелочными устройствами на углеводородном топливе 46 (или электрической дугой, омическим нагревом расплава с помощью электродов, плазмотронами, твёрдым топливом, за счет калорийности исходного сырья или любой комбинацией перечисленных методов). В зону горения, условно ограниченную от зоны дожигания последним загрузочным окном 41, поступают новые порции пеллет в непрерывном режиме и их плавление поддерживает уровень расплава в плавителе. В зоне дожигания отходящий газ пребывает не менее 2 с при температуре не менее 1200 оС, гарантируя тем самым полное окисление органической фракции и полное разложение и исключение образования таких вредных веществ, как супертоксиканты (диоксины, фураны). В зону дожигания также входит объём футерованного газохода 45, соединяющего плавитель и реактор восстановления NO. Слив расплава осуществляет непрерывно (или порционно с помощью охлаждаемой или керамической заслонки) через отверстие 49 в гранулятор стекломассы. Ступенька 48 в бассейне расплава задаёт минимальный уровень жидкой минеральной фракции, препятствует полному опустошению бассейна. Площадь зоны горения определяется производительностью из расчета 50-250 кг/ч на 1 м2 расплава.The operation of the device is as follows. Pellets of dried sludge sludge (cylindrical in shape with a diameter of 2.5-10 mm, length 5-40 mm) are supplied by screw cooled loaders 39 (or pneumatic loaders) with
Подтверждением возможности реализации предложенного способа и устройства, а также достижения технического результата является следующие примеры экспериментальной апробации технологии. Confirmation of the possibility of implementing the proposed method and device, as well as achieving a technical result is the following examples of experimental testing of technology.
Пример 1.Example 1
Сушка на экспериментальной установке с целью определения удельных энергетических затрат и подтверждения достаточности рекуперируемой теплоты на процесс сушки.Drying in an experimental setup to determine the specific energy costs and confirm the sufficiency of the recovered heat for the drying process.
Для определения удельных энергетических затрат на сушильной роторно-дисковой установке лабораторного масштаба была произведена пробная сушка илового осадка с исходной влажностью 75%. На выходе из сушилки устанавливался теплообменник конденсации выпара для измерения количества конденсируемой влаги, на выходе из теплообменника устанавливался датчик температуры для контроля количества влаги, уносимой отходящими газами. Количество пара, подаваемого на сушку, регулировалось системой плавной регулировки ТЭНового парогенератора максимальной производительностью до 200 кг/ч насыщенного пара с давлением 6 бар. Измерения показали, что на 1 кг испарённой влаги при косвенном нагреве осадка паром требуется около 1,6 кг насыщенного пара при давлении 6 бар. Полученные данные совпадают с зарубежными данными. С учетом измеренной калорийности осадка сточных вод (19579 кДж/кг), рассмотрение прогнозного теплового баланса показывает, что теплоты, рекуперируемой на предварительную сушку в котле-утилизаторе 24, достаточно, чтобы получить на выходе блока сушки 3 продукт с влажностью 10-30%. Остаточная теплота направляется на выработку электрической энергии в блочном турбогенераторе 34.To determine the specific energy costs at a laboratory-scale rotary-disk dryer, a trial drying of sludge sediment with an initial humidity of 75% was carried out. At the outlet of the dryer, a vapor condensation heat exchanger was installed to measure the amount of condensed moisture; at the outlet of the heat exchanger, a temperature sensor was installed to monitor the amount of moisture carried away by the exhaust gases. The amount of steam supplied to the drying was regulated by a smooth adjustment system of the heating element of the steam generator with a maximum capacity of up to 200 kg / h of saturated steam with a pressure of 6 bar. Measurements showed that for 1 kg of evaporated moisture, indirect heating of the precipitate with steam requires about 1.6 kg of saturated steam at a pressure of 6 bar. The data obtained coincides with foreign data. Considering the measured calorific value of the sewage sludge (19579 kJ / kg), consideration of the predicted heat balance shows that the heat recovered for preliminary drying in the waste heat boiler 24 is enough to get a product with a humidity of 10-30% at the output of the drying unit 3. The residual heat is directed to the generation of electrical energy in the block turbogenerator 34.
Пример 2.Example 2
Пеллетизация высушенного осадка.Pelletization of the dried sediment.
Определение оптимального диаметра пеллет осадка проводилось на пеллетизаторе с плоской матрицей методом экструдирования. Использовалось три вида матриц с отверстиями: 2,5 мм, 5 мм и 8 мм. Двигатель пеллетизотора имел установленную электрическую мощность 4 кВт. В качестве сырья использовался высушенный иловый осадок с влажностью 10-20%. На всех трёх матрицах удалось получить пеллеты заданного диаметра и длиной около 10 мм. Длина может регулироваться в широком диапазоне, но рациональнее не превышать 40 мм из соображений удобства транспортировки по цеху и до потребителя, в случае необходимости. Работоспособность метода экструдирования по отношению к высушенному осадку сточных вод была подтверждена. Однако при пеллетизации на матрице 2,5 мм потребляемая мощность возрастала. Это обусловлено особенностью илового осадка: высокой абразивностью. Более маленький диаметр, требует больших давлений и, соответственно, затрат энергии. Эксперимент позволил сделать вывод, что оптимальный диаметр пеллет находится в диапазоне 2,5-10 мм, длина от 5 до 40 мм. Нижняя граница диаметра обусловлена повышением энергетических затрат на сжатие до такого маленького диаметра, верхняя граница обусловлена увеличением времени сгорания, влияющего на удельную по отношению к 1 м2 расплава производительность. Пеллетизирование с применением метода экструдирования на плоской матрице также подтверждает возможность формирования пеллет на кольцевой матрице, так как второй способ имеет ещё большие рабочие давления выдавливания, чем первый. В зависимости от требуемой производительности предлагаемого устройства подбирается наиболее оптимальный способ пеллетизирования.The determination of the optimal pellet pellet diameter was carried out on an extruded pelletizer with a flat matrix. Three types of dies with holes were used: 2.5 mm, 5 mm and 8 mm. The pelletisotor engine had an installed electric power of 4 kW. As raw materials, dried sludge sludge with a moisture content of 10-20% was used. On all three matrices, pellets of a given diameter and a length of about 10 mm were obtained. The length can be adjusted in a wide range, but it is more rational not to exceed 40 mm for reasons of convenience of transportation in the workshop and to the consumer, if necessary. The performance of the extrusion method with respect to the dried sewage sludge has been confirmed. However, when pelletizing on a 2.5 mm matrix, the power consumption increased. This is due to the peculiarity of silt sediment: high abrasiveness. A smaller diameter, requires high pressures and, accordingly, energy costs. The experiment led to the conclusion that the optimal pellet diameter is in the range of 2.5-10 mm, length from 5 to 40 mm. The lower boundary of the diameter is due to an increase in the energy consumption for compression to such a small diameter, the upper boundary is due to an increase in the combustion time, which affects the specific productivity relative to 1 m 2 of the melt. Pelletizing using the flat matrix extrusion method also confirms the possibility of forming pellets on a ring matrix, since the second method has even greater extrusion working pressures than the first. Depending on the required performance of the proposed device, the most optimal method of pelletizing is selected.
Пример 3.Example 3
Проведённый эксперимент с порцией пеллет предварительно высушенного илового осадка в экспериментальной печи.An experiment with a portion of pellets of pre-dried sludge in an experimental furnace.
Для эксперимента использовались два типа пеллет: диаметром 5 мм и 8 мм, влажностью 15-20%. Порция (около 350 г) пеллет высыпалась на поверхность расплава для наблюдения за происходящим процессом. Температура в печи составляла около 1380 оС. Избыток воздуха над стехиометрией по отношению к органической части осадка подавался в объём печи через горелочные устройства и составлял 1,5-2 по массе. Температура в печи поддерживалась с помощью горелочных устройств на углеводородном топливе. Сразу после попадания пеллет на поверхность расплава фиксировалось обильное выделение тепла и отходящего газа, что свидетельствовало о выходе летучих веществ. Однако это стадия была кратковременной. Затем процесс переходил к более длительной фазе, в которой выделение отходящего газа было, но не столь обильным. Исходные черные пеллеты, постепенно выгорая, приобретали цвет раскаленного расплава. Со временем исходный черный цвет пеллет полностью сменился на характерный раскалённому жидкому расплаву, но форма пеллет сохранялась. В конце процесса все пеллеты расплавились и полностью перешли в расплав стекла так, что вся поверхность расплава приобрела один цвет. При этом фиксировалось сохранение формы пеллет во время всего процесса вплоть до полного расплавления и низкий унос золы в систему дымоудаления. Эксперимент подтвердил возможность одновременного расплавления минеральной фракции и окисления органической на поверхности шлакового расплава в окислительной среде (избыток воздуха 1,5-2 по массе над стехиометрией по отношению к органической части осадка). При превышении избытка в 2 раза, падала температура процесса, при снижении избытка менее 1,5 время процесса увеличивалось. Следовательно, избыток в 1,5-2 раза можно считать оптимальным (что соответствует 1,1-1,3 по кислороду). For the experiment, two types of pellets were used: with a diameter of 5 mm and 8 mm, with a moisture content of 15-20%. A portion (about 350 g) of pellets was poured onto the surface of the melt to observe the process. The temperature in the furnace was about 1380 ° C. The excess air over stoichiometric with respect to the organic part of the sludge supplied to the furnace through burners volume and was 1.5-2 by weight. The temperature in the furnace was maintained using hydrocarbon fuel burners. Immediately after pellets hit the melt surface, abundant heat and exhaust gas were recorded, indicating the release of volatile substances. However, this stage was short-lived. The process then proceeded to a longer phase in which the evolution of off-gas was, but not so abundant. The initial black pellets, gradually fading, acquired the color of a hot melt. Over time, the initial black color of the pellets completely changed to the characteristic hot red liquid melt, but the pellet shape remained. At the end of the process, all pellets melted and completely transferred to the glass melt so that the entire surface of the melt acquired one color. At the same time, the preservation of the form of pellets was recorded during the entire process up to complete melting and low ash transfer to the smoke removal system. The experiment confirmed the possibility of simultaneous melting of the mineral fraction and organic oxidation on the surface of the slag melt in an oxidizing medium (excess air 1.5-2 by mass over stoichiometry relative to the organic part of the precipitate). When excess was exceeded by 2 times, the process temperature fell, while reducing excess less than 1.5, the process time increased. Therefore, an excess of 1.5-2 times can be considered optimal (which corresponds to 1.1-1.3 in oxygen).
Фиксация времени сгорания и плавления порции гранул позволила определить, что уменьшение диаметра гранул приводит к сокращению периода сгорания порции, в тоже время конечный результат достигается как в случае 5 мм гранул, так и в случае 8 мм гранул.The fixation of the time of combustion and melting of the portion of the granules made it possible to determine that a decrease in the diameter of the granules leads to a reduction in the period of combustion of the portion, while the final result is achieved both in the case of 5 mm granules and in the case of 8 mm granules.
Пример 4.Example 4
Исследование золоуноса на опытной печи и сокращение объёма отходов.Investigation of ash in an experimental furnace and reduction of waste.
Для оценки золоуноса из объёма плавителя на опытной печи было переработано 1,8 тонны пеллет осадка сточных вод с влажностью 15-20%. По окончанию эксперимента было взвешено количество уловленной пыли и составило не более 1 кг, что соответствует уносу менее 0,06%. Данный эксперимент подтвердил тот факт, что пеллетизирование перед переработкой в плавителе приводит к низкому золоуносу. Эксперимент не только показал хорошие данные по золоуносу, но также продемонстрировал, что объём отходов сокращается в 25 раз при использовании метода остеклования применительно к иловому осадку.In order to estimate the ash blower from the melter volume in the pilot furnace, 1.8 tons of sewage sludge pellets with a moisture content of 15-20% were processed. At the end of the experiment, the amount of captured dust was weighed and amounted to not more than 1 kg, which corresponds to an entrainment of less than 0.06%. This experiment confirmed the fact that pelletizing before processing in the melter leads to low ash loss. The experiment not only showed good data on ash removal, but also demonstrated that the volume of waste is reduced by 25 times when using the vitrification method in relation to silt sediment.
Пример 5.Example 5
Определение максимальной производительности с 1 м2 расплава. На опытной установке с помощью охлаждаемого шнекового загрузчика подавались пеллеты осадка с разной производительностью в объём плавителя и производились наблюдения за смещением границы плавления горки. Температура в плавителе поддерживалась на уровне 1380-1450 оС. Воздушное дутьё на окисление органики подавалось в соответствии с выбранным оптимальным диапазоном: около 1,5 над стехиометрическим соотношением органическая компонента/окислитель. Варьирование производительности позволило определить оптимальный диапазон для 1 м2 расплава: 50-250 кг/ч с 1 м2 расплава. При интенсификации процесса кислородом производительность может быть увеличена не более чем в 5 раз.Determination of maximum productivity with 1 m 2 of melt. At the pilot plant, pellets with different capacities were fed into the melter volume using a cooled screw loader and observations were made on the shift of the melting border of the slide. The temperature in the melter is maintained at the level of about 1380-1450 C. The air blast was applied to the oxidation of organic matter in accordance with the selected optimal range: about 1.5 over the stoichiometric ratio of organic component / oxidant. Variation in productivity allowed us to determine the optimal range for 1 m 2 of melt: 50-250 kg / h with 1 m 2 of melt. With the intensification of the process with oxygen, productivity can be increased by no more than 5 times.
Повышение эффективности и сокращение операционных затрат технологии достигается собственной генерацией электрической энергии на блочном турбогенераторе конденсационного (или с противодавлением) типа при использовании теплоты отходящих газов, рекуперируемой в котле-утилизаторе.Improving the efficiency and reducing operating costs of the technology is achieved by the own generation of electric energy on a condensing block turbogenerator (or with backpressure) type when using the heat of the exhaust gases recovered in a waste heat boiler.
Claims (32)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019108589A RU2704398C1 (en) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019108589A RU2704398C1 (en) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2704398C1 true RU2704398C1 (en) | 2019-10-28 |
Family
ID=68500497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019108589A RU2704398C1 (en) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2704398C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2769386C1 (en) * | 2021-05-05 | 2022-03-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех" | Device for glazing toxic waste with high ash content by high-temperature treatment |
| RU2770298C1 (en) * | 2021-05-05 | 2022-04-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех" | Method for vitrifying high-ash toxic waste |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2040490C1 (en) * | 1990-09-01 | 1995-07-25 | Айхер Макс | Method of treatment of activated sludge |
| CN101708938A (en) * | 2009-11-06 | 2010-05-19 | 杭鹏志 | Sludge or organic garbage high-low temperature coupling themolysis method |
| RU2461776C1 (en) * | 2010-06-22 | 2012-09-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Non-waste thermal processing method of solid public wastes, and unit for its implementation |
| RU2532198C1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Активил" | Method of producing phosphorus-containing fertiliser from sludge of urban water treatment plants and fertiliser produced using said method |
| RU2638558C1 (en) * | 2017-03-28 | 2017-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Финансово-производственная компания в атомной энергетике" | Method for thermal treatment of cake of sludge sediments in slag melt |
-
2019
- 2019-03-25 RU RU2019108589A patent/RU2704398C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2040490C1 (en) * | 1990-09-01 | 1995-07-25 | Айхер Макс | Method of treatment of activated sludge |
| CN101708938A (en) * | 2009-11-06 | 2010-05-19 | 杭鹏志 | Sludge or organic garbage high-low temperature coupling themolysis method |
| RU2461776C1 (en) * | 2010-06-22 | 2012-09-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Non-waste thermal processing method of solid public wastes, and unit for its implementation |
| RU2532198C1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Активил" | Method of producing phosphorus-containing fertiliser from sludge of urban water treatment plants and fertiliser produced using said method |
| RU2638558C1 (en) * | 2017-03-28 | 2017-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Финансово-производственная компания в атомной энергетике" | Method for thermal treatment of cake of sludge sediments in slag melt |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2769386C1 (en) * | 2021-05-05 | 2022-03-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех" | Device for glazing toxic waste with high ash content by high-temperature treatment |
| RU2770298C1 (en) * | 2021-05-05 | 2022-04-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех" | Method for vitrifying high-ash toxic waste |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7611576B2 (en) | Method and plant for processing waste | |
| US7189074B2 (en) | Method and process for co-combustion in a waste to-energy facility | |
| CA2594842A1 (en) | Waste treatment process and apparatus | |
| JP2002081624A (en) | Waste gasification melting furnace and operation method of the melting furnace | |
| CN113310056A (en) | Hazardous waste incineration treatment system and method | |
| JPS61184321A (en) | Method and device for burning waste, such as domestic dust, industrial dust and special dust | |
| RU2704398C1 (en) | Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation | |
| CN102336507A (en) | Sludge treatment system and treatment method | |
| JP4527243B2 (en) | How to use the lime kiln | |
| CN206055638U (en) | For the cracking incinerator of waste process of endangering | |
| CN106881336A (en) | Refuse disposal system | |
| CN214198674U (en) | Industrial waste classified incineration system | |
| JP4432047B2 (en) | Waste treatment furnace and waste treatment equipment that treats dust and sludge together | |
| JPS6089614A (en) | Method and device for removing noxious waste generating little calorific value, particularly, dust without injurious material by combustion | |
| CN209876947U (en) | Combined smelting furnace for treating arsenic alkali slag and low-melting-point heavy metal waste slag | |
| RU2502017C1 (en) | Method of environmentally safe treatment of solid domestic wastes with production of thermal energy and building materials and waste burning plant for its realisation | |
| RU2135895C1 (en) | Domestic waste combustion plant | |
| KR200178486Y1 (en) | Drying melting process for waste and sludge | |
| JPH08110021A (en) | Produced gas processing apparatus for waste melting furnace | |
| RU2166697C1 (en) | Plant for receiving moisture from air | |
| RU2769386C1 (en) | Device for glazing toxic waste with high ash content by high-temperature treatment | |
| JP3993802B2 (en) | Method of processing dewatered sludge and ash | |
| CN221825405U (en) | Plasma-assisted multi-mode pyrolysis gasifier and plasma multi-mode pyrolysis gasification organic solid waste device | |
| JP4012980B2 (en) | Mobile melting furnace for incineration ash volume reduction | |
| CN218672213U (en) | Oily sludge resourceful treatment system |