RU2739241C1 - Method for decontamination of a fly ash formed during burning of wastes and a device for its implementation - Google Patents
Method for decontamination of a fly ash formed during burning of wastes and a device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2739241C1 RU2739241C1 RU2020119464A RU2020119464A RU2739241C1 RU 2739241 C1 RU2739241 C1 RU 2739241C1 RU 2020119464 A RU2020119464 A RU 2020119464A RU 2020119464 A RU2020119464 A RU 2020119464A RU 2739241 C1 RU2739241 C1 RU 2739241C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fly ash
- reactor
- toxic
- water vapor
- highly superheated
- Prior art date
Links
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 title claims abstract description 85
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title abstract description 11
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 title abstract description 4
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 title abstract description 4
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 claims abstract description 52
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 claims abstract description 52
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 claims description 7
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 abstract description 7
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 abstract description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 18
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 5
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 4
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000001784 detoxification Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 239000010891 toxic waste Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
- C04B18/10—Burned or pyrolised refuse
-
- 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
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам обезвреживания летучей золы (золы уноса), образующейся при сжигании бытовых и промышленных отходов.The invention relates to methods for the neutralization of fly ash (fly ash) generated during the incineration of household and industrial waste.
В современных установках, предназначенных для переработки бытовых и промышленных отходов, отдают предпочтение технологиям их сжигания с последующей очисткой образующихся при этом продуктов горения - отходящих газов - и отделением летучей золы (золы уноса) - мелких дымовых частиц, оседающих на фильтрах, размером до десятых долей миллиметра.In modern installations designed for the processing of domestic and industrial waste, preference is given to the technologies of their combustion, followed by the purification of the resulting combustion products - exhaust gases - and the separation of fly ash (fly ash) - small smoke particles deposited on filters, up to tenths millimeter.
Образующиеся в процессе сжигания промышленных и бытовых отходов химические соединения (диоксины, фураны и др.), а также пары тяжелых металлов (главным образом, свинца, кадмия, цинка, меди, хрома) конденсируются на частицах летучей золы в экономайзерной части котлоагрегатов, где температура отходящих газов понижается. Согласно известным исследованиям [Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте / Н.И. Зубрев, М.В. Устинова. - Москва, 2015. - 391 с] на частицах летучей золы концентрируются до 78% кадмия, 43% свинца и 38% цинка, поступивших в печь с твердыми бытовыми отходами. Разработка способов и устройств, обеспечивающих снижение токсичности (обезвреживание) летучей золы, - важная и актуальная задача.Chemical compounds (dioxins, furans, etc.) formed during the incineration of industrial and household waste, as well as vapors of heavy metals (mainly lead, cadmium, zinc, copper, chromium) condense on fly ash particles in the economizer part of the boilers, where the temperature the exhaust gas goes down. According to well-known studies [Resource-saving technologies in railway transport / N.I. Zubrev, M.V. Ustinov. - Moscow, 2015. - 391 s] on particles of fly ash, up to 78% of cadmium, 43% of lead and 38% of zinc, supplied to the furnace with solid household waste, are concentrated. The development of methods and devices that reduce the toxicity (neutralization) of fly ash is an important and urgent task.
Один из наиболее эффективных способов снижения токсичности летучей золы в установках для сжигания промышленных и бытовых отходов - ее обезвреживание с помощью обработки высокотемпературным водяным паром, обеспечивающим газификацию и тепловую деструкцию токсичных химических соединений в отсутствие кислорода воздуха, а также превращение тяжелых металлов в безопасные оксиды и соли.One of the most effective ways to reduce the toxicity of fly ash in installations for the incineration of industrial and domestic waste is its neutralization by treatment with high-temperature steam, which provides gasification and thermal destruction of toxic chemical compounds in the absence of atmospheric oxygen, as well as the conversion of heavy metals into safe oxides and salts. ...
Предшествующий уровень техникиPrior art
Известен способ переработки токсичных отходов, предложенный в патенте RU 2171150 C1, В09В 3/00 (2000.01); С04В 18/10 (2000.01); С04В 20/10 (2000.01), опубликованном 27.07.2001. Способ состоит в том, что золу, дробленый шлак, наполнители и портландцемент подвергают совместному помолу в присутствии добавок-нейтрализаторов в течение 5-25 мин, продукт помола структурируют путем агломерации в сферические гранулы, после чего скатыванием формируют на поверхности гранул оболочку-капсулу из цементно-кремнеземистого раствора. Способ обеспечивает практически полное обезвреживание отходов от сжигания токсичных бытовых отходов: содержание вредных веществ в продуктах переработки многократно ниже требуемого уровня ПДК и составляет 20 мг/л. Основные недостатки такого способа - фильтрация отходящих газов для сбора золы и использование добавок-нейтрализаторов. Это усложняет практическую реализацию способа и, как следствие, снижает экономическую эффективность технологии.A known method of processing toxic waste, proposed in the patent RU 2171150 C1,
Известно устройство - камера сгорания для сжигания пиролизных газов мусоросжигательных заводов, предложенное в патенте RU 2249154 C1, F23G 7/06. Предложенное устройство содержит камеру смешения и расположенные на ее входе соосные активное и пассивное сопла, подключенные соответственно к источникам сжатого воздуха и отходящих газов, причем камера смешения выполнена в виде диффузора с углом раскрытия 10-18°, а соотношение диаметров активного Дакт и пассивного Дпас сопел составляет Дакт/Дпас=0,35-0,4. Основной недостаток устройства - незначительное время пребывания отходящих пиролизных газов, что не позволяет обеспечить полное обезвреживание золы, содержащейся в них.A device is known - a combustion chamber for burning pyrolysis gases from incineration plants, proposed in patent RU 2249154 C1, F23G 7/06. The proposed device contains a mixing chamber and coaxial active and passive nozzles located at its inlet, connected respectively to sources of compressed air and exhaust gases, and the mixing chamber is made in the form of a diffuser with an opening angle of 10-18 °, and the ratio of diameters of active D act and passive D pass of nozzles is D act / D pass = 0.35-0.4. The main disadvantage of the device is the short residence time of the exhaust pyrolysis gases, which does not allow for the complete neutralization of the ash contained in them.
Известен способ обезвреживания и утилизации летучих зол, образующихся при сжигании и газификации отходов, предложенный в патенте RU 2294904 С2, С04В 20/04 (2006.01); С04В 18/06 (2006.01), опубликованном 10.03.2007. Согласно способу, обезвреживание и утилизация летучей золы достигаются посредством ее перевода в гранулированную форму смешиванием 60-70 вес.% летучей золы, первого аддитива в виде 0-15 вес.% алюмосиликатного компонента, второго аддитива в виде 15-5 вес.% сухого или пастообразного органического топлива и третьего аддитива в виде 0-10 вес.% хлористых солей, добавлением к сухой смеси 10-20 вес.% воды с последующим формированием гранул, их сушкой и термообработкой в одну стадию путем нагрева до температуры ≥700°С в течение 10-30 мин, при этом в качестве алюмосиликатного компонента используют порошок, полученный из природной глины различной морфологии или порошок, полученный из отходов строительных материалов или их смеси, а в качестве хлористых солей - порошок или концентрированный раствор KСl, NaCl, MgCl2, СаСl2 или порошок или концентрированный раствор промышленных отходов, содержащих KСl, NaCl, MgCl2, СаСl2 или смесь таких порошков или растворов. Недостаток способа - технологическая сложность процесса, обусловленная совмещением гранулирования золы с внесением различных добавок.The known method of neutralization and disposal of fly ash generated during combustion and gasification of waste, proposed in patent RU 2294904 C2, C04B 20/04 (2006.01); С04В 18/06 (2006.01), published 10.03.2007. According to the method, the neutralization and disposal of fly ash is achieved by converting it into a granular form by mixing 60-70 wt% fly ash, the first additive in the form of 0-15 wt% aluminosilicate component, the second additive in the form of 15-5 wt% dry or pasty organic fuel and the third additive in the form of 0-10 wt.% chloride salts, adding 10-20 wt.% water to the dry mixture, followed by the formation of granules, their drying and heat treatment in one stage by heating to a temperature of ≥700 ° C for 10-30 minutes, while as an aluminosilicate component, a powder obtained from natural clay of various morphologies or a powder obtained from waste of building materials or their mixture is used, and as chloride salts - a powder or a concentrated solution of KCl, NaCl, MgCl 2 , CaCl 2 or a powder or concentrated solution of industrial waste containing KCl, NaCl, MgCl 2 , CaCl 2 or a mixture of such powders or solutions. The disadvantage of this method is the technological complexity of the process due to the combination of ash granulation with the introduction of various additives.
Известен способ утилизации золы, предложенный в патенте RU 2294905 С2, С04В 20/04 (2006.01); С04В 20/10 (2006.01); С04В 18/06 (2006.01), опубликованном 10.03.2007. Способ характеризуется тем, что смешивают 40-60 вес.% золы, 10-20 вес.% компонента на основе оксида кремния состава SiO2 - 50-75%, Al2O3 - 5-30%, Nа2О - 5-20%, СаО - 1-10%, 20-40 вес.% кислотного компонента, из полученной смеси формируют гранулы, опудривают их дисперсным огнеупорным материалом, подсушивают и проводят термообработку гранул в две стадии: в течение 10-30 мин при температуре 400-600°С и в течение 1-20 мин при температуре 870-950°С. Недостаток способа заключается в том, что зола не обезвреживается, а захоранивается в виде капсулированных гранул, что не гарантирует экологическую безопасность технологии.The known method of disposal of ash, proposed in patent RU 2294905 C2, C04B 20/04 (2006.01); C04B 20/10 (2006.01); С04В 18/06 (2006.01), published 10.03.2007. The method is characterized in that 40-60 wt.% Ash, 10-20 wt.% Of a component based on silicon oxide of composition SiO 2 - 50-75%, Al 2 O 3 - 5-30%, Na 2 O - 5- 20%, CaO - 1-10%, 20-40 wt.% Of the acid component, granules are formed from the resulting mixture, powdered with dispersed refractory material, dried and heat treated in two stages: for 10-30 minutes at a temperature of 400- 600 ° C and within 1-20 min at a temperature of 870-950 ° C. The disadvantage of this method is that the ash is not rendered harmless, but is buried in the form of encapsulated granules, which does not guarantee the environmental safety of the technology.
Известен способ утилизации золошлаковых отходов мусоросжигания, предложенный в патенте RU 2311236 С2, В09В 3/00 (2006.01); С04В 28/00 (2006.01); С04В 18/10 (2006.01), опубликованном 10.03.2007. Способ утилизации золошлаковых отходов мусоросжигания включает их сортировку и сепарацию от металлических включений и несгоревших фракций, перемешивание с цементом, добавками детоксиканта, модификатора бетона и воды и твердение получаемой бетонной массы. В смеситель подают (вес.%): цемент 20-25, золошлаковые отходы мусоросжигания 40-60, крупный заполнитель 0-30, добавку модификатора бетона 0,02-0,075, добавку-детоксикант 0-0,35 и воду - остальное. В течение 1-5 мин проводят перемешивание компонентов до получения однородной бетонной смеси. Недостаток способа заключается в том, что зола не обезвреживается, а захоранивается в виде бетонной смеси, что не гарантирует экологическую безопасность технологии.The known method of disposal of ash and slag waste incineration, proposed in patent RU 2311236 C2,
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ утилизации твердых токсичных зольных отходов с фильтров мусоросжигательных заводов, предложенный в патенте RU 2483814 C1, В09В 3/00 (2006.01), опубликованном 10.06.2013. В способе-прототипе подачу твердых токсичных зольных отходов осуществляют в шнековый реактор, установленный внутри мусоросжигательной печи над колосниковыми решетками после зоны горения. Твердые токсичные зольные отходы перемещают в шнековом реакторе с одновременной подачей в шнековый реактор инертного газа под давлением, превышающим давление насыщения токсичных хлорсодержащих компонентов золы и препятствующим десорбции этих компонентов с поверхности частиц токсичных зольных отходов. При движении по шнековому реактору токсичные зольные отходы нагреваются тепловым потоком, поступающим из мусоросжигающей печи, до температуры, при которой происходит процесс дезоксидации с образованием твердых нетоксичных стабильных природных минералов, отправляемых на дальнейшую утилизацию. Предложенный способ-прототип осуществлен на устройстве-прототипе, описанном в диссертационной работе Косых В.А. на тему «Термическая детоксикация твердых отходов газоочистки с фильтров мусоросжигательных заводов», Москва. 2012. Устройство-прототип представляет собой шнековый реактор, установленный в подовой части мусоросжигающей печи. Шнековый реактор оборудован атмосферными шлюзами, системами подачи золы и аргона, электродвигателем, а также системой сбора и очистки отходящего нагретого аргона для его повторного использования. Недостатки способа-прототипа и устройства-прототипа заключаются в необходимости использования дорогостоящего инертного газа (аргона) и его дополнительной очистки.The closest to the proposed invention in terms of technical essence is a method for disposal of solid toxic ash waste from filters of incineration plants, proposed in patent RU 2483814 C1, В09В 3/00 (2006.01), published 10.06.2013. In the prototype method, solid toxic ash waste is fed into a screw reactor installed inside the incinerator above the grates after the combustion zone. Solid toxic ash waste is transferred in a screw reactor with simultaneous supply of an inert gas to the screw reactor at a pressure exceeding the saturation pressure of toxic chlorine-containing ash components and preventing desorption of these components from the surface of toxic ash waste particles. When moving through the screw reactor, toxic ash waste is heated by the heat flow coming from the incinerator to the temperature at which the deoxidation process takes place with the formation of solid non-toxic stable natural minerals that are sent for further disposal. The proposed prototype method is implemented on a prototype device described in the dissertation work of V.A. on the topic "Thermal detoxification of solid waste gas cleaning from filters of incineration plants", Moscow. 2012. The prototype device is a screw reactor installed in the bottom of the incinerator. The screw reactor is equipped with atmospheric locks, ash and argon supply systems, an electric motor, and a system for collecting and purifying the heated argon waste for reuse. The disadvantages of the prototype method and the prototype device are the need to use an expensive inert gas (argon) and its additional purification.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является создание такого способа обезвреживания и утилизации токсичной летучей золы, образующейся при сжигании мусора, при котором исключается предварительная фильтрация отходящих газов.The object of the invention is to provide such a method for the neutralization and disposal of toxic fly ash formed during waste incineration, which excludes preliminary filtration of waste gases.
Задачей изобретения является создание устройства для осуществления способа обезвреживания и утилизации токсичной летучей золы, образующейся при сжигании мусора, при котором исключается предварительная фильтрация отходящих газов.The objective of the invention is to provide a device for implementing a method for neutralizing and disposing of toxic fly ash generated during waste incineration, which excludes preliminary filtration of waste gases.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемыми: - способом, включающим подачу токсичной летучей золы в реактор и удаления обезвреженной летучей золы, в котором токсичная летучая зола обезвреживается в среде сильно перегретого водяного пара в отсутствие кислорода, причем сильно перегретый водяной пар подается в реактор в виде импульсных сверхзвуковых струй таким образом, чтобы в реакторе формировались устойчивые высокотемпературные вихревые структуры, токсичная летучая зола подается в реактор непрерывно или порциями так, чтобы обеспечить максимально длительное пребывание летучей золы в этих вихревых структурах, интенсивные ударные волны, сопровождающие подачу сверхзвуковых струй сильно перегретого водяного пара, предотвращают агломерацию частиц летучей золы, обезвреженная летучая зола удаляется из реактора непрерывно или порциями, а в реакторе для предотвращения подсоса атмосферного воздуха поддерживается повышенное давление;The solution to this problem is achieved by the proposed: - a method including feeding toxic fly ash into the reactor and removing neutralized fly ash, in which toxic fly ash is rendered harmless in an environment of highly superheated steam in the absence of oxygen, and highly superheated steam is supplied to the reactor in the form of pulsed supersonic jets so that stable high-temperature vortex structures are formed in the reactor, toxic fly ash is fed into the reactor continuously or in portions so as to ensure the longest possible stay of fly ash in these vortex structures, intense shock waves accompanying the supply of supersonic jets of highly superheated water vapor prevent agglomeration of fly ash particles, neutralized fly ash is removed from the reactor continuously or in portions, and in the reactor to prevent the suction of atmospheric air, an increased pressure is maintained;
Токсичная летучая зола может подаваться в реактор вместе с отходящими газами или после ее предварительной сепарации;Toxic fly ash can be fed into the reactor along with off-gases or after it has been pre-separated;
- устройством, включающим реактор, системы подачи токсичной летучей золы, удаления обезвреженной летучей золы и управления, в котором реактор снабжен импульсно-детонационным генератором сильно перегретого водяного пара и секцией подачи сильно перегретого водяного пара в реактор, причем секция подачи сильно перегретого водяного пара выполнена таким образом, чтобы обеспечить подачу не менее двух предпочтительно встречных импульсных сверхзвуковых струй сильно перегретого водяного пара в реактор и подачу токсичной летучей золы в реактор вместе с импульсными сверхзвуковыми струями сильно перегретого водяного пара, а также системами подачи токсичной летучей золы, удаления обезвреженной токсичной летучей золы и охлаждения реактора.- a device including a reactor, systems for feeding toxic fly ash, removing neutralized fly ash and control, in which the reactor is equipped with a pulse detonation generator of highly superheated steam and a section for feeding highly superheated steam into the reactor, and the section for feeding highly superheated steam is made as follows so as to ensure the supply of at least two preferably counter-pulsed supersonic jets of highly superheated water vapor into the reactor and the supply of toxic fly ash to the reactor together with pulsed supersonic jets of highly superheated water vapor, as well as systems for supplying toxic fly ash, removing neutralized toxic fly ash, and cooling the reactor.
Система подачи токсичной летучей золы может быть снабжена циклоном-сепаратором или любым другим известным устройством, обеспечивающим сепарацию токсичной летучей золы, поступающей в систему подачи токсичной летучей золы с отходящими газами.The toxic fly ash feed system may be equipped with a cyclone separator or any other known device for separating toxic fly ash entering the toxic fly ash feed system with flue gases.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
На фиг. 1 приведена схема устройства, в котором реализован заявляемый способ (1 - реактор; 2 - импульсно-детонационный генератор сильно перегретого водяного пара; 3 - секция подачи сильно перегретого водяного пара; 4 - система подачи токсичной летучей золы; СПВП - струя сильно перегретого водяного пара; ТЛЗ - токсичная летучая зола; ВВЗ -высокотемпературная вихревая зона в реакторе; 5 - система удаления обезвреженной летучей золы).FIG. 1 shows a diagram of a device in which the claimed method is implemented (1 - reactor; 2 - pulse-detonation generator of highly superheated water vapor; 3 - section for supplying highly superheated water vapor; 4 - supply system of toxic fly ash; SPVP - jet of highly superheated water vapor ; TLZ - toxic fly ash; VVZ - high-temperature vortex zone in the reactor; 5 - disposal system for neutralized fly ash).
На фиг. 2 приведена расчетная динамика температуры перегретого водяного пара в ближайшей окрестности набора пробных частиц токсичной летучей золы, циркулирующих в реакторе (точки соответствуют локальному мгновенному значению температуры пара на каждой пробной частице токсичной летучей золы, пики температуры соответствуют моментам подачи импульсных струй сильно перегретого водяного пара).FIG. 2 shows the calculated dynamics of the temperature of superheated water vapor in the immediate vicinity of a set of test particles of toxic fly ash circulating in the reactor (the points correspond to the local instantaneous value of the vapor temperature on each test particle of toxic fly ash, the temperature peaks correspond to the moments of supply of pulsed jets of highly superheated water vapor).
Вариант осуществления изобретенияAn embodiment of the invention
На фиг. 1 приведена схема устройства, в котором реализован заявляемый способ. Устройство включает реактор (1), импульсно-детонационный генератор сильно перегретого водяного пара (2), секцию подачи сильно перегретого водяного пара (3), систему подачи токсичной летучей золы (4), систему удаления обезвреженной летучей золы (5), системы охлаждения реактора и управления (на фиг. не показана).FIG. 1 shows a diagram of a device that implements the inventive method. The device includes a reactor (1), a pulse-detonation generator of highly superheated steam (2), a section for feeding highly superheated steam (3), a system for feeding toxic fly ash (4), a system for removing neutralized fly ash (5), reactor cooling systems and control (not shown in the figure).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device works as follows.
Токсичная летучая зола в виде мелких дымовых частиц размером до десятых долей миллиметра, содержащихся в отходящих газах мусоросжигающей печи, сначала отделяется от газов с помощью циклонов-сепараторов, а затем непрерывно или циклически подается при помощи системы подачи токсичной летучей золы (4) в секцию подачи сильно перегретого водяного пара (3). Импульсно-детонационный генератор сильно перегретого водяного пара (2), работающий, например, на принципе, изложенном в патенте RU 2686138 С1, Способ получения сильно перегретого пара и устройство детонационного парогенератора (варианты) F23G 3/00 (2018.08), опубликованном 24.04.2019, периодически генерирует сверхзвуковые струи сильно перегретого водяного пара, подаваемые через секцию подачи сильно перегретого водяного пара (3) в реактор (1). Температура сильно перегретого водяного пара превышает 2000°С (Фролов С.М., Сметанюк В.А., Шамшин И.О., Коваль, А.С., Фролов Ф.С., Набатников С.А. Циклическая детонация тройной газовой смеси "пропан-кислород-водяной пар" для получения сильно перегретого водяного пара. Доклады российской академии наук, 2020, т.490, с. 57-61). Массовый расход токсичной летучей золы, обеспечиваемый системой подачи токсичной летучей золы (4) и частота генерации сверхзвуковых струй сильно перегретого водяного пара должны быть такими, чтобы обеспечить вынос поданной токсичной летучей золы в реактор за время между двумя последующими сверхзвуковыми струями сильно перегретого водяного пара. Токсичная летучая зола под действием сверхзвуковой струи сильно перегретого водяного пара поступает в реактор (1) и вовлекается в вихревое движение, формируемое в реакторе (1) в результате взаимодействия встречных сверхзвуковых струй сильно перегретого водяного пара, поступающих из секции подачи сильно перегретого водяного пара (3). Вихревое движение в реакторе (1) обеспечивает формирование устойчивых высокотемпературных зон в центральной области реактора (1) вдали от стенок реактора (1), а температура стенок реактора (1) остается относительно низкой, но выше температуры конденсации водяного пара, что обеспечивается системой охлаждения реактора. Устойчивость высокотемпературных зон в центральной области реактора (1) поддерживается периодической подачей сверхзвуковых струй сильно перегретого водяного пара. Частицы токсичной летучей золы, вовлеченные в вихревое движение, циркулируют в реакторе (1), периодически попадая в высокотемпературные зоны в центральной области реактора (1), где происходит их обезвреживание под действием сильно перегретого водяного пара в отсутствие кислорода: происходит газификация и термическая деструкция вещества летучей золы и адсорбированных в ней сложных органических соединений, включая хлор- и сера-содержащие соединения (диоксины, фураны и др.) на простейшие молекулы типа Н2, СО и простейшие кислоты НСl, H2S и др., и неорганических соединений на простейшие оксиды и соли. Периодические интенсивные ударные волны, сопровождающие подачу сверхзвуковых струй сильно перегретого водяного пара, предотвращают агломерацию частиц летучей золы, циркулирующих в реакторе (1). Цикл обезвреживания продолжается до момента заданного повышения давления в реакторе (1), например на 50%, когда при помощи системы удаления обезвреженной летучей золы (5) смесь водяного пара с продуктами газификации вещества летучей золы и адсорбированных в ней органических и неорганических соединений и сама обезвреженная летучая зола отбирается из реактора (1) для последующей конденсации водяного пара с получением конденсированных продуктов (кислот, оксидов и солей) и дальнейшей утилизации обезвреженной летучей золы.Toxic fly ash in the form of small smoke particles up to tenths of a millimeter in the waste gases of an incinerator is first separated from the gases using cyclone separators and then continuously or cyclically fed by the toxic fly ash feed system (4) to the feed section highly superheated steam (3). A pulse-detonation generator of highly superheated water vapor (2), operating, for example, on the principle set forth in patent RU 2686138 C1, A method for producing highly superheated steam and a detonation steam generator device (options) F23G 3/00 (2018.08), published on 04.24. , periodically generates supersonic jets of highly superheated steam supplied through the section for feeding highly superheated steam (3) into the reactor (1). The temperature of highly superheated water vapor exceeds 2000 ° C (Frolov S.M., Smetanyuk V.A., Shamshin I.O., Koval A.S., Frolov F.S., Nabatnikov S.A. Cyclic detonation of a triple gas mixtures "propane-oxygen-water vapor" to obtain highly superheated water vapor. Reports of the Russian Academy of Sciences, 2020, v.490, pp. 57-61). The mass flow rate of toxic fly ash provided by the toxic fly ash supply system (4) and the frequency of generation of supersonic jets of highly superheated steam should be such as to ensure the removal of the supplied toxic fly ash into the reactor during the time between two subsequent supersonic jets of highly superheated water vapor. Toxic fly ash under the action of a supersonic jet of strongly superheated water vapor enters the reactor (1) and is involved in a vortex motion formed in the reactor (1) as a result of the interaction of counter supersonic jets of strongly superheated water vapor coming from the section for supplying highly superheated water vapor (3 ). The vortex motion in the reactor (1) ensures the formation of stable high-temperature zones in the central region of the reactor (1) far from the walls of the reactor (1), and the temperature of the walls of the reactor (1) remains relatively low, but above the condensation temperature of water vapor, which is provided by the reactor cooling system ... The stability of the high-temperature zones in the central region of the reactor (1) is supported by the periodic supply of supersonic jets of highly superheated water vapor. Particles of toxic fly ash, involved in the vortex movement, circulate in the reactor (1), periodically entering the high-temperature zones in the central region of the reactor (1), where they are rendered harmless by highly superheated water vapor in the absence of oxygen: gasification and thermal destruction of the substance occurs fly ash and complex organic compounds adsorbed in it, including chlorine and sulfur-containing compounds (dioxins, furans, etc.) into the simplest molecules such as Н 2 , СО and the simplest acids HCl, H 2 S, etc., and inorganic compounds into the simplest oxides and salts. Periodic intense shock waves accompanying the supply of supersonic jets of highly superheated water vapor prevent the agglomeration of fly ash particles circulating in the reactor (1). The decontamination cycle continues until the specified pressure increase in the reactor (1), for example, by 50%, when, using the deactivated fly ash removal system (5), a mixture of water vapor with the products of gasification of the fly ash substance and adsorbed organic and inorganic compounds in it and itself detoxified Fly ash is taken from the reactor (1) for subsequent condensation of water vapor to obtain condensed products (acids, oxides and salts) and further disposal of neutralized fly ash.
Приводим пример трехмерного газодинамического расчета, демонстрирующего предлагаемые способ и устройство. В расчете рассматривался сферический непроточный реактор объемом 110 литров с двумя секциями подачи встречных импульсных струй сильно перегретого водяного пара (с температурой выше 2000 К). Токсичная летучая зола моделировалась набором пробных инертных сферических частиц диаметром 0,1 и 1 мм, расположенных в начальный момент времени в области выходного сечения одной из секций. Частота импульсных струй сильно перегретого водяного пара - 10 Гц, средний массовый расход пара - 10 г/с. Расчет по методу, описанному в статье Фролова С.М., Иванова B.C., Basara В., von Berg Е., Suffa М. Модель распределенных пробных частиц для расчета двухфазных струйных течений в двигателях внутреннего сгорания. В сб. «Горение и взрыв» / под общ. ред. С.М. Фролова. М.: Торус Пресс, 2012, вып.5, с. 159-166, показал (см. фиг. 2), что предлагаемые способ и устройство обеспечивают длительное пребывание частиц токсичной летучей золы в зонах с температурой газа 1800-2000 К (точки на фиг. 2 показывают эволюцию температуры газа в ближайшей окрестности всех частиц в реакторе в течение 11 циклов). Такие условия гарантируют полное обезвреживание токсичной летучей золы (см., например, диссертационную работу Косых В.А. на тему «Термическая детоксикация твердых отходов газоочистки с фильтров мусоросжигательных заводов», Москва. 2012).Here is an example of a three-dimensional gas dynamic calculation demonstrating the proposed method and device. The calculation considered a spherical non-flow reactor with a volume of 110 liters with two sections for supplying counter-impulse jets of strongly superheated water vapor (with a temperature above 2000 K). Toxic fly ash was modeled by a set of test inert spherical particles with a diameter of 0.1 and 1 mm, located at the initial time in the area of the outlet section of one of the sections. The frequency of the pulsed jets of highly superheated water vapor is 10 Hz, and the average mass flow rate of steam is 10 g / s. Calculation according to the method described in the article by S.M. Frolov, B.C. Ivanov, V. Basara, E. von Berg, M. Suffa Model of distributed test particles for calculating two-phase jet flows in internal combustion engines. On Sat. "Combustion and explosion" / under total. ed. CM. Frolov. M .: Torus Press, 2012,
Таким образом, предложены способ и устройство для его реализации, которые обеспечивают обезвреживание токсичной летучей золы, поступающей непосредственно с отходящими газами без их предварительной фильтрации.Thus, the proposed method and device for its implementation, which ensure the neutralization of toxic fly ash coming directly with the exhaust gases without their preliminary filtration.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020119464A RU2739241C1 (en) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | Method for decontamination of a fly ash formed during burning of wastes and a device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020119464A RU2739241C1 (en) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | Method for decontamination of a fly ash formed during burning of wastes and a device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2739241C1 true RU2739241C1 (en) | 2020-12-22 |
Family
ID=74063145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020119464A RU2739241C1 (en) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | Method for decontamination of a fly ash formed during burning of wastes and a device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2739241C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777170C1 (en) * | 2021-05-18 | 2022-08-01 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-информационный производственно-коммерческий центр Восход-А" (НИПКЦ Восход-А) | Method and apparatus for thermal recycling of waste by highly superheated water vapour |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993000982A1 (en) * | 1991-07-12 | 1993-01-21 | Maschinen- Und Anlagenbau Grimma Gmbh | Process and device for detoxifying the exhaust gas from rubbish incineration plants |
| RU2171150C1 (en) * | 2000-06-26 | 2001-07-27 | Бикбау Марсель Янович | Method of processing of toxic wastes |
| RU2294904C2 (en) * | 2005-05-18 | 2007-03-10 | Асх Дек Умвельт Аг | Method of the decontamination and utilization of the fly ashes formed at burning and gasification of the wastes |
| RU2311236C2 (en) * | 2005-02-10 | 2007-11-27 | Оао Технологический Институт "Вниижелезобетон" | Method of utilization of the ash and slag after incineration of the rubbish |
| RU2483814C1 (en) * | 2012-05-15 | 2013-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет инженерной экологии" (ФГБОУ ВПО "МГУИЭ") | Method of disposal of solid toxic ashy wastes from incinerator plant filters |
| RU2630021C1 (en) * | 2016-06-07 | 2017-09-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук" | Method for processing fly ash of thermal power stations |
| RU2686138C1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые физические принципы" | Method for obtaining highly overheated steam and detonation steam generator device (options) |
-
2020
- 2020-06-11 RU RU2020119464A patent/RU2739241C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993000982A1 (en) * | 1991-07-12 | 1993-01-21 | Maschinen- Und Anlagenbau Grimma Gmbh | Process and device for detoxifying the exhaust gas from rubbish incineration plants |
| RU2171150C1 (en) * | 2000-06-26 | 2001-07-27 | Бикбау Марсель Янович | Method of processing of toxic wastes |
| RU2311236C2 (en) * | 2005-02-10 | 2007-11-27 | Оао Технологический Институт "Вниижелезобетон" | Method of utilization of the ash and slag after incineration of the rubbish |
| RU2294904C2 (en) * | 2005-05-18 | 2007-03-10 | Асх Дек Умвельт Аг | Method of the decontamination and utilization of the fly ashes formed at burning and gasification of the wastes |
| RU2483814C1 (en) * | 2012-05-15 | 2013-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет инженерной экологии" (ФГБОУ ВПО "МГУИЭ") | Method of disposal of solid toxic ashy wastes from incinerator plant filters |
| RU2630021C1 (en) * | 2016-06-07 | 2017-09-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук" | Method for processing fly ash of thermal power stations |
| RU2686138C1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые физические принципы" | Method for obtaining highly overheated steam and detonation steam generator device (options) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777170C1 (en) * | 2021-05-18 | 2022-08-01 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-информационный производственно-коммерческий центр Восход-А" (НИПКЦ Восход-А) | Method and apparatus for thermal recycling of waste by highly superheated water vapour |
| RU2802494C1 (en) * | 2022-11-09 | 2023-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе" Сибирского отделения Российской академии наук | Ash and slag waste melting system of an incineration plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4753181A (en) | Incineration process | |
| CN113182311B (en) | Dangerous waste treatment system based on medium-temperature pyrolysis and plasma high-temperature melting | |
| Nidoni | Incineration process for solid waste management and effective utilization of by products | |
| US6952997B2 (en) | Incineration process using high oxygen concentrations | |
| KR20020077427A (en) | Method and process for co-combustion in a waste-to-energy facility | |
| CN104261645B (en) | A kind of sludge treatment technique and system | |
| CN113310056A (en) | Hazardous waste incineration treatment system and method | |
| CN1800714A (en) | Fluidized bed incineration method for industrial organic waste liquid with high salt content | |
| RU2303746C2 (en) | Device for heat treatment of domestic waste | |
| CN100340505C (en) | Simultaneous sludge method during cement production | |
| CN105032890A (en) | Barium slag processing system and method | |
| RU2739241C1 (en) | Method for decontamination of a fly ash formed during burning of wastes and a device for its implementation | |
| DK165762B (en) | Method for burning organic material, such as domestic waste, industrial waste and the like in a fluidized-bed furnace | |
| Liberti et al. | Mercury removal with powdered activated carbon from flue gases at the Coriano municipal solid waste incineration plant | |
| JPS60221349A (en) | Treatment of combustible waste | |
| JPH10238725A (en) | Waste treatment method and device | |
| CN110848702A (en) | Device and method for treating household garbage incineration fly ash by fluidized bed boiler with fly ash washing function | |
| CN214198674U (en) | Industrial waste classified incineration system | |
| JPH11257619A (en) | City refuse combustion device | |
| RU91409U1 (en) | INSTALLATION FOR THERMAL PROCESSING OF SOLID DOMESTIC WASTE | |
| CN101451708A (en) | Subcritical damp steam generating system by petroleum sludge innoxious energy-gathering treatment | |
| 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 | |
| CN102151688B (en) | Urban garbage disposal method | |
| JP2017176970A (en) | Incineration ash treatment system and incineration ash treatment method | |
| JP2017087099A (en) | Exhaust gas treatment equipment and exhaust gas treatment method in waste incineration |