RU2769386C1 - Device for glazing toxic waste with high ash content by high-temperature treatment - Google Patents
Device for glazing toxic waste with high ash content by high-temperature treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769386C1 RU2769386C1 RU2021112960A RU2021112960A RU2769386C1 RU 2769386 C1 RU2769386 C1 RU 2769386C1 RU 2021112960 A RU2021112960 A RU 2021112960A RU 2021112960 A RU2021112960 A RU 2021112960A RU 2769386 C1 RU2769386 C1 RU 2769386C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melting chamber
- waste
- loading
- heat recovery
- recovery system
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
- F23G5/085—High-temperature heating means, e.g. plasma, for partly melting the waste
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области утилизации негорючих токсичных отходов с высокой зольностью и может быть использовано, например, для утилизации летучей золы мусоросжигательных заводов (МСЗ), шламов и осадков из категории накопленного экологического ущерба с получением химически стойкого инертного материала.The invention relates to the field of disposal of non-combustible toxic waste with a high ash content and can be used, for example, for the disposal of fly ash from waste incinerators (ITW), sludge and sediments from the category of accumulated environmental damage to obtain a chemically resistant inert material.
Сжигание продуктов жизнедеятельности человека неизбежно приводит к образованию вторичных отходов: подовой и летучей золы. Летучая зола является токсичным отходом, относится к 3 классу опасности (Код ФККО 7 47 110 00 00 0), требует специального обращения и захоронения. Также в настоящее время в России остаются не решенными многие проблемы накопленного экологического ущерба, например, токсичные шламы остановленных химических и целлюлозно-бумажных производств. Сохраняется потребность в экологически безопасных, эффективных и экономически рентабельных решениях проблемы токсичных отходов с высокой зольностью.The combustion of human waste products inevitably leads to the formation of secondary waste: hearth and fly ash. Fly ash is a toxic waste, belongs to the 3rd hazard class (FKKO code 7 47 110 00 00 0), requires special handling and disposal. Also, at present, many problems of accumulated environmental damage remain unresolved in Russia, for example, toxic sludge from stopped chemical and pulp and paper industries. There is a continuing need for environmentally friendly, efficient and cost effective solutions to the problem of high ash toxic waste.
Из уровня техники известны следующие решения, используемые для утилизации или переработки летучей золы и других токсичных отходов с высокой зольностью.The following solutions are known in the art for disposal or recycling of fly ash and other high ash toxic wastes.
Известна система переработки летучей золы тепловых электростанций (патент РФ RU142957), которая относится к технологии разделения твердых материалов при утилизации техногенных отходов комбинированными способами, более конкретно, к системе переработки летучей золы тепловых электростанций и может найти применение при комплексной переработке золы-уноса угольных ТЭС с получением из нее алюмосиликатной, углеродной и магнитной фракции, в том числе в виде железосодержащих микросфер. Техническим результатом известной полезной модели является обеспечение комплексной переработки золы-уноса угольных ТЭС с получением на выходе системы алюмосиликатной, углеродной и магнитной фракции в виде железосодержащих магнитных микросфер контролируемого размерного ряда. Известное изобретение относится к группе методов переработки летучей золы, направленных на извлечение полезных материалов и их повторное использование, включает многоступенчатое разделение золы (электродинамическая сепарация, оттирка остаточной фракции, гидравлическая классификация магнитной фракции, фильтрация магнитной фракции, сушка, сухая классификация, флотационное разделение и др.). Такой подход к решению проблемы не всегда экономически целесообразен, требует гарантии рынка сбыта и сложен в реализации. Требуется контроль себестоимости получения конечных вторичных продуктов, так как их цена может оказаться выше, чем покупка на первичном рынке.A known system for the processing of fly ash from thermal power plants (RF patent RU142957), which relates to the technology for the separation of solid materials during the disposal of industrial waste by combined methods, more specifically, to the system for processing fly ash from thermal power plants and can be used in the complex processing of fly ash from coal-fired thermal power plants with obtaining from it aluminosilicate, carbon and magnetic fractions, including in the form of iron-containing microspheres. The technical result of the well-known utility model is the provision of complex processing of fly ash from coal-fired thermal power plants with the production of aluminosilicate, carbon and magnetic fractions in the form of iron-containing magnetic microspheres of a controlled size range at the output of the system. The well-known invention relates to a group of fly ash processing methods aimed at extracting useful materials and reusing them, including multi-stage separation of ash (electrodynamic separation, residual fraction scrubbing, hydraulic classification of the magnetic fraction, filtration of the magnetic fraction, drying, dry classification, flotation separation, etc. .). Such an approach to solving the problem is not always economically feasible, requires a market guarantee and is difficult to implement. It is necessary to control the cost of obtaining final secondary products, since their price may be higher than buying in the primary market.
Также известна установка для комплексной переработки золы отвалов тепловых электростанций (патент РФ RU 2614003), которая включает разделение пульпы золы на крупную и мелкую фракцию, флотацию и магнитную сепарацию с получением целевых продуктов, обладающая недостатками, указанными для предыдущего известного технического решения.Also known is an installation for the complex processing of ash from dumps of thermal power plants (RF patent RU 2614003), which includes separation of the ash pulp into coarse and fine fractions, flotation and magnetic separation to obtain target products, which has the disadvantages indicated for the previous known technical solution.
Известно устройство для обработки донной и летучей золы сжигательной установки (патент РФ RU 2595747). Известное изобретение относится к группе термических методов обработки летучей золы, направленных на получение остеклованных материалов, надежно инкапсулирующих такие загрязняющие вещества, как тяжелые металлы. В известном устройстве в качестве основного источника теплоты рассматриваются плазмотроны, для которых необходима сложная система электропитания, требующие своевременной замены изнашивающихся деталей (катода и анода). Также получение тепловой энергии из электрической в плазмотроне приводит к потерям и, как следствие, росту операционных затрат. В известном устройстве не приведены меры по снижению расхода тепловой энергии с помощью рекуперации теплоты на подогрев воздуха, подаваемого в объем реактора стеклования.A device for processing bottom and fly ash from an incinerator is known (RF patent RU 2595747). The known invention relates to a group of thermal fly ash treatment methods aimed at obtaining vitrified materials that reliably encapsulate pollutants such as heavy metals. In the known device, plasma torches are considered as the main source of heat, which require a complex power supply system that requires timely replacement of wearing parts (cathode and anode). Also, obtaining thermal energy from electrical energy in a plasma torch leads to losses and, as a result, an increase in operating costs. The known device does not provide measures to reduce the consumption of thermal energy by means of heat recovery for heating the air supplied to the volume of the glass transition reactor.
Известен плавильный аппарат погружного горения (патент РФ RU 2699114) и горелка для плавильного аппарата погружного горения (патент РФ RU 2715786). Известный плавильный аппарат можно использовать для превращения сырьевых материалов, в частности, стеклованием, например, золы, в частности, из мусоросжигательных установок. Сырьевые материалы могут включать, в частности, производственные отходы, золу и их комбинации. Плавильный аппарат погружного горения известного изобретения содержит печь, содержащую плавильную камеру, оборудованную по меньшей мере одной горелкой, которая содержит расплав и находится в связи с верхней камерой и трубой для отвода дымовых газов. Эти горячие газы можно использовать для подогрева сырьевого материала, и/или топливного газа, и/или окислителя, используемого в горелках. Дымовые газы, выходящие из ванны, можно поддерживать под высоким давлением, и они могут проходить через свежий сырьевой материал для ускорения теплообмена и подогрева указанного сырьевого материала. Дымовые газы обычно отфильтровывают перед высвобождением в окружающую среду, необязательно после разбавления свежим воздухом для снижения их температуры. Известный плавильный аппарат обладает следующими недостатками. Отсутствие предварительной подготовки мелкодисперсных отходов, таких как летучая зола, может привести к большому пылеуносу из плавильного аппарата в систему дальнейшей газоочистки, принятых мер в виде перегородок в верхней части плавильного аппарата, блокирующих выброс расплава вверх, может оказаться недостаточно, особенно, если дымовые газы, покидающие плавильный аппарат, будут находиться под высоким давлением, как указано в известном изобретении. Известный плавильный аппарат использует в качестве источника нагрева горелки погружного горения, что схоже с процессом барботирования в металлургической промышленности. Такой подход позволяет эффективно перемешивать компоненты, но может приводить к преждевременному износу материалов в месте входа горелочных газов в плавильный аппарат, необходимо контролировать износ материалов (стальных или огнеупорных в зависимости от исполнения плавильного аппарата). Ввод продуктов горения через слой расплава сложнее, чем нагрев горелочными устройствами над расплавом, более эффективен для отходов с высоким содержанием органики. В заявленном изобретении отходы с высокой зольностью предлагается перерабатывать с использованием более простого устройства.Known melting apparatus for submerged combustion (RF patent RU 2699114) and a burner for melting apparatus for submerged combustion (RF patent RU 2715786). The known melter can be used for the conversion of raw materials, in particular by vitrification, for example ash, in particular from incinerators. Raw materials may include, in particular, industrial waste, ash, and combinations thereof. The immersion combustion melter of the known invention comprises a furnace containing a melter chamber equipped with at least one burner which contains a melt and is in communication with an upper chamber and a flue gas pipe. These hot gases can be used to heat the feedstock and/or the fuel gas and/or the oxidant used in the burners. Flue gases exiting the bath can be maintained at high pressure and passed through the fresh raw material to promote heat exchange and preheat said raw material. Flue gases are usually filtered before being released into the environment, optionally after being diluted with fresh air to reduce their temperature. Known melting apparatus has the following disadvantages. Lack of pre-treatment of fine wastes such as fly ash can lead to large dust entrainment from the smelter to the further gas cleaning system, measures taken in the form of baffles in the upper part of the smelter, blocking the melt ejection upwards, may not be enough, especially if the flue gases, leaving the melter will be under high pressure, as described in the known invention. The known melting apparatus uses submerged combustion burners as a heating source, which is similar to the bubbling process in the metallurgical industry. This approach allows efficient mixing of the components, but may lead to premature wear of materials at the point of entry of burner gases into the melter, it is necessary to control the wear of materials (steel or refractory, depending on the design of the melter). The introduction of combustion products through the melt layer is more difficult than heating by burners above the melt, and is more effective for wastes with a high organic content. In the claimed invention, waste with a high ash content is proposed to be processed using a simpler device.
Известно устройство для остеклования илового осадка сточных вод методом высокотемпературного окисления на поверхности шлакового расплава (патент РФ RU 2704398), содержащее 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. При этом загрузочные окна выполнены в своде плавителя, количество загрузочных окон определяют 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.A device for vitrification of sludge sewage sludge by high-temperature oxidation on the surface of the slag melt (RF patent RU 2704398), containing a melter, in which there is a hole for collecting and supplying hot exhaust process gases to a waste heat boiler, a device for drying waste, a metered loading mechanism dry waste into the melter, connected to it through the loading hole, in the end wall of the melter there is an outlet for draining the slag. At the same time, the loading windows are made in the roof of the melter, the number of loading windows is determined based on 50-250 kg / h of sediment per 1 m 2 of melt, additional holes are made in the side and end walls of the melter, located in several rows so that the bottom row is above the melt level and is designed to supply air inside the layer formed by the 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 between the loading windows and in the end walls between the mentioned additional holes in height at or above the layer , formed by the incoming waste on the surface of the slag melt, heating devices are located, the melter is connected by a lined gas duct to the reduction reactor.
Описанное изобретение не целесообразно для работы с таким типом отходов, как летучая зола, состав которой характерен для отходов с высокой зольностью. Известное изобретение ориентировано на утилизацию осадка сточных вод после предварительного механического обезвоживания, имеющего исходную влажность около 75-80% и требующего стадию предварительной сушки перед подачей в плавитель, характеризующегося высоким содержанием органической фракции (не менее 40%) и, соответсвенно, высокой калорийностью (16-19 МДж/кг сухого вещества). Поэтому в известном изобретении приняты меры по транспорту окислителя в объем пористой горки, формирующейся под загрузочными окнами. В случае отходов с высокой зольностью калорийность сырья, подаваемого в устройство плавления, низкая, как и содержание органической фракции, требуются меры по снижению энергетических затрат, например, расхода топлива в случае использования горелочных устройств на традиционных видах топлива, но в известном устройстве, не приняты меры по нагреву окислителя, подаваемого в горелочные устройства. Так же в известном устройстве не описаны дополнительные меры по подготовке сырья перед плавлением за исключением сушки. В случае летучей золы сушка не требуется, но меры по снижению пылеуноса необходимы, так как этот отход мелкодисперсный. Подача отходов из загрузочного окна, под которым отсутствует наклонная плоскость, как описано в известном изобретении, приведет к снижению эффективности плавления, так как сформируется горка высотой до загрузочного окна и более, глубокие слои будут менее эффективно плавиться, плавление будет иметь поверхностный характер при максимальной производительности. В заявленном устройстве плавление происходит более эффективно за счет наработки окатышей перед плавлением, для которых не требуется сушка, а также наклонной плоскости под каждым из загрузочных окон. Таким образом происходит плавление относительно тонкого формирующегося на наклонной плоскости слоя, что быстрее плавления массивной горки, и за счет снижения пылеуноса повышается выход расплава. В заявленном изобретении используется также рекуперация тепловой энергии дымовых газов на подогрев воздуха, подаваемого в плавильную камеру или через источник нагрева, что существенно снижает энергетические затраты в сравнении с известным изобретением, так как последнее (подогрев воздуха в устройствах нагрева) не описано в известном изобретении: предлагается только нагрев воздуха, подаваемого на окисление органики, которого в случае отходов с высокой зольностью потребуется мало из-за низкого содержания органики. В связи с этим, если не подогревать воздух, подаваемый в устройства нагрева, то энергетические затраты и, как следствие, операционные, будут высокими, переработка отходов с высокой зольностью с помощью известного изобретения будет нецелесообразна.The described invention is not suitable for working with such a type of waste as fly ash, the composition of which is typical for waste with a high ash content. The known invention is focused on the disposal of sewage sludge after preliminary mechanical dehydration, having an initial moisture content of about 75-80% and requiring a pre-drying stage before being fed into the melter, characterized by a high content of organic fraction (at least 40%) and, accordingly, high caloric content (16 -19 MJ/kg dry matter). Therefore, in the well-known invention, measures are taken to transport the oxidizer into the volume of the porous slide, which is formed under the loading windows. In the case of wastes with a high ash content, the calorific value of the raw materials supplied to the melting device is low, as is the content of the organic fraction, measures are required to reduce energy costs, for example, fuel consumption in the case of using burners using traditional fuels, but in the known device, not taken measures for heating the oxidizer supplied to the burners. Also, the known device does not describe additional measures for the preparation of raw materials before melting, with the exception of drying. In the case of fly ash, drying is not required, but measures to reduce dust entrainment are necessary, since this waste is finely dispersed. The supply of waste from the loading window, under which there is no inclined plane, as described in the known invention, will lead to a decrease in the melting efficiency, since a hill will be formed up to the loading window and more, deep layers will melt less efficiently, melting will be superficial at maximum productivity . In the claimed device, melting occurs more efficiently due to the production of pellets before melting, which do not require drying, as well as an inclined plane under each of the loading windows. Thus, a relatively thin layer formed on an inclined plane melts, which is faster than the melting of a massive hill, and due to a decrease in dust entrainment, the melt yield increases. The claimed invention also uses the recovery of flue gas thermal energy for heating the air supplied to the melting chamber or through the heating source, which significantly reduces energy costs in comparison with the known invention, since the latter (air heating in heating devices) is not described in the known invention: only heating of the air supplied to the oxidation of organics is proposed, which in the case of waste with a high ash content will be required little due to the low content of organics. In this regard, if the air supplied to the heating devices is not heated, then energy costs and, as a result, operating costs will be high, processing waste with a high ash content using the known invention will be impractical.
Техническая задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в разработке устройства для остеклования токсичных отходов с высокой зольностью методом высокотемпературной обработки, позволяющего повысить эффективность процесса переработки отходов, а именно сократить энергозатраты на получение остеклованного материала.The technical problem to be solved by the claimed invention is to develop a device for vitrification of toxic wastes with a high ash content by high-temperature treatment, which makes it possible to increase the efficiency of the waste processing process, namely, to reduce energy costs for obtaining vitrified material.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в снижении энергозатрат на единицу переработанных отходов и в увеличении выхода остеклованного материала.The technical result achieved by using the claimed invention is to reduce energy consumption per unit of processed waste and to increase the yield of vitrified material.
Дополнительный технический результат заключается в снижении вредного воздействия на окружающую среду, что обеспечивается сокращением пылеуноса из плавильной камеры в систему газоочистки.An additional technical result is to reduce the harmful effects on the environment, which is ensured by the reduction of dust entrainment from the melting chamber to the gas cleaning system.
Техническая задача решается и технический результат достигается тем, что устройство для остеклования токсичных отходов с высокой зольностью методом высокотемпературной обработки содержит плавильную камеру, в которой выполнено отверстие для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов в систему рекуперации тепла, одно или несколько загрузочных окон и отверстие для слива расплава золы, расположенное в дне плавильной камеры, систему рекуперации тепла, механизм дозированной загрузки окатышей отходов в плавильную камеру, соединенный с ней через загрузочное окно, устройства нагрева, дополнительно содержит систему рекуперации, устройство для наработки из отходов окатышей сферической формы, а загрузочные окна выполнены в стенке плавильной камеры, под каждым загрузочным окном расположена наклонная плоскость под углом от 15° до 60° от торцевой стенки под загрузочным окном, изготовленная из огнеупорных материалов, в боковых и торцевых стенках плавильной камеры вдоль расплава выше окна загрузки окатышей отходов расположены отверстия под нагревательные устройства, плавильная камера через отверстие для подачи и отбора горячих отработанных технологических газов соединена с входом системы рекуперации теплоты, первый выход которой, предназначенный для подачи подогретого воздуха, соединен с плавильной камерой, второй выход предназначен для выхода отработанных технологических газов после охлаждения.The technical problem is solved and the technical result is achieved in that the device for vitrification of toxic wastes with a high ash content by high-temperature treatment contains a melting chamber in which an opening is made for collecting and supplying hot exhaust gases to the heat recovery system, one or more loading windows and an opening for an ash melt drain located at the bottom of the melting chamber, a heat recovery system, a mechanism for dosed loading of waste pellets into the melting chamber connected to it through a loading window, heating devices, additionally contains a recovery system, a device for producing spherical pellets from waste, and loading windows made in the wall of the melting chamber, under each loading window there is an inclined plane at an angle of 15° to 60° from the end wall under the loading window, made of refractory materials, in the side and end walls of the melting chamber along the melt above approx. openings for heating devices are located on the loading of waste pellets, the melting chamber is connected through the opening for supplying and extracting hot waste process gases to the inlet of the heat recovery system, the first outlet of which, intended for supplying heated air, is connected to the melting chamber, the second outlet is intended for the outlet of waste process gases after cooling.
Загрузочные окна могут быть выполнены в боковых или торцевых стенках плавильной камеры.Loading windows can be made in the side or end walls of the melting chamber.
Отверстия для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов в систему рекуперации тепла могут быть расположены в своде плавильной камеры и/или в боковой стенке плавильной камеры и/или в торцевой стенке плавильной камеры.Openings for the selection and supply of hot exhaust process gases to the heat recovery system can be located in the roof of the melting chamber and/or in the side wall of the melting chamber and/or in the end wall of the melting chamber.
В качестве устройств нагрева используют горелочные устройства или устройство нагрева, выполненное с возможностью использования метода электрической дуги, или устройство нагрева, выполненное с возможность использования метода омического нагрева с помощью электродов, или плазмотрон.As heating devices, burner devices or a heating device made with the possibility of using the electric arc method, or a heating device made with the possibility of using the ohmic heating method using electrodes, or a plasma torch are used.
Отверстия для подачи предварительно подогретого воздуха, выполненные в боковых и торцевых стенках плавильной камеры, могут быть расположены ниже устройств нагрева и ниже окна загрузки окатышей отходов, и выше уровня расплава отходов.Openings for supplying preheated air, made in the side and end walls of the melting chamber, can be located below the heating devices and below the waste pellet loading window, and above the waste melt level.
Указанные выше признаки изобретения являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.The above features of the invention are essential and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.
Рекуперация тепловой энергии отходящего газа на подогрев воздуха, подаваемого в плавильную камеру (с температурой 500-1200°С), позволяет существенно сократить унос теплоты с дымовыми газами в атмосферу и расход топлива в основном процессе остеклования, что, соответственно, приводит к сокращению удельных операционных затрат на переработку токсичных отходов с высокой зольностью. Пылеунос из плавильной камеры в систему газоочистки сокращается в результате предварительной подготовки отходов: наработке окатышей из отходов. При попадании окатышей в высокотемпературную зону, они спекаются, делаются прочными, затем расплавляются и переходят в расплав, в результате пылеунос значительно снижается. Эффективность расплавления возрастает за счет того, что под загрузочным окном устанавливается наклонная плоскость из огнеупорного материала, аналогичного материалу, из которого изготовлен бассейн плавильной камеры. Окатыши отходов скатываются по наклонной плоскости в бассейн плавителя, на поверхности которой формируется тонкий слой окатышей, расплавляющийся быстрее, чем горка, которая могла сформироваться под загрузочным окном без наклонной плоскости. Угол наклона плоскости от 15° до 60° от стенки плавильной камеры под загрузочным окном оптимальный для скатывания окатышей в бассейн плавильной камеры, также при таком значении возможно формирование на поверхности плоскости расплавляющегося и стекающего в бассейн слоя расплава. Наклонная плоскость также увеличивает толщину стенки под точкой загрузки, что продлевает срок службы плавильной камеры, так как из практики известно, что наиболее сильному износу подвержено место огнеупорной кладки, где происходит контакт расплава, огнеупора и газообразной фазы, соответственно, наличие наклонной плоскости увеличивает ресурс кладки бассейна в месте загрузки. Вредное воздействие на окружающую среду снижается, во-первых, за счет условий протекания процесса: температура от 1400°С до 1600°С и выше, избыток воздуха в горелочных устройствах 1,05-1,2 по массовому стехиометрическому соотношению к топливу (обеспечивающий наилучшее сгорание топлива), в случае присутствия следов органики в плавильную камеру через отдельные отверстия может быть подан дополнительный расход окислителя. В таких условиях полиароматические загрязнители или другие суперэкотоксиканты (диоксины/фураны, бенз(а)пирен), в случае их присутствия в отходах, полностью и необратимо разрушаются. Тяжелые металлы в основном переходят в расплав и инкапсулируются внутри стойкой инертной матрицы, некоторые (например, мышьяк и ртуть) возгоняются и извлекаются на стадии газоочистки из сточных вод скруббера. Таким образом, конечный продукт снижает класс опасности, может быть безопасно захоронен на полигоне или использован в строительстве, соответственно, в результате работы устройства сокращается вредное воздействие на окружающую среду таких опасных отходов, как летучая зола.The recovery of the thermal energy of the exhaust gas for heating the air supplied to the melting chamber (with a temperature of 500-1200°C) can significantly reduce the heat carried away with flue gases into the atmosphere and fuel consumption in the main vitrification process, which, accordingly, leads to a reduction in specific operating the cost of processing toxic waste with a high ash content. Dust entrainment from the melting chamber to the gas cleaning system is reduced as a result of preliminary waste preparation: the production of pellets from waste. When the pellets enter the high-temperature zone, they are sintered, made strong, then melted and transferred to the melt, as a result, dust entrainment is significantly reduced. The efficiency of melting increases due to the fact that an inclined plane of refractory material, similar to the material from which the pool of the melting chamber is made, is installed under the loading window. The waste pellets roll down an inclined plane into the melter pool, on the surface of which a thin layer of pellets is formed, melting faster than the mound that could form under the loading window without the inclined plane. The angle of inclination of the plane from 15° to 60° from the wall of the melting chamber under the loading window is optimal for rolling pellets into the pool of the melting chamber, also at this value it is possible to form a layer of melt melting and flowing into the pool on the surface of the plane. The inclined plane also increases the wall thickness under the loading point, which prolongs the service life of the melting chamber, since it is known from practice that the place of the refractory masonry is subject to the most severe wear, where the melt, refractory and gaseous phase come into contact, respectively, the presence of an inclined plane increases the life of the masonry pool at the loading point. The harmful effect on the environment is reduced, firstly, due to the conditions of the process: temperature from 1400°C to 1600°C and above, excess air in the burners 1.05-1.2 in terms of mass stoichiometric ratio to fuel (providing the best fuel combustion), in the presence of traces of organics, an additional flow of oxidizer can be supplied to the melting chamber through separate holes. Under such conditions, polyaromatic pollutants or other superecotoxicants (dioxins/furans, benzo(a)pyrene), if present in the waste, are completely and irreversibly destroyed. Heavy metals mostly pass into the melt and are encapsulated within a stable inert matrix; some (eg, arsenic and mercury) are sublimated and recovered from the scrubber wastewater at the gas cleaning stage. Thus, the final product reduces the hazard class, can be safely disposed of in a landfill or used in construction, respectively, as a result of the operation of the device, the harmful environmental impact of hazardous waste such as fly ash is reduced.
Химическая стойкость материала, получаемого в результате работы методов остеклования, известна из современного уровня техники: химическая устойчивость остеклованного материала была весьма высокой при переработке радиоактивных отходов [IAEA-TCS-27, Технологические и организационные аспекты обращения с радиоактивными отходами, Международное агентство по атомной энергии, Вена, 2005], так нормализованная скорость выщелачивания цезия не превышала по порядку величины 10-5 г/(см2⋅сут), а стронция и α-излучателей - на 1-3 порядка меньше. Аналогичные высокие показатели химической стойкости остеклованных материалов известны из литературы в части низкой выщелачиваемости тяжелых металлов по результатам соответствующих тестов, например результаты теста на выщелачиваемость расплава летучей золы, резко охлажденного водой: Zn - 2,7⋅10-2, Cd - 1,1⋅10-3, Cr - 8,1⋅10-4, Pb - 2,3⋅10-2, As - 6⋅10-2, Hg - <5,0⋅10-4 [Plasma Science and Technology, Vol. 14, No.9, Sep. 2012, https://doi.org/10.1088/1009-0630/14/9/08].The chemical resistance of the material resulting from vitrification methods is known from the state of the art: the chemical resistance of vitrified material has been very high in the processing of radioactive waste [IAEA-TCS-27, Technological and organizational aspects of radioactive waste management, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2005], so the normalized rate of cesium leaching did not exceed 10 -5 g/(cm 2 ⋅ day) in order of magnitude, and strontium and α-emitters - 1-3 orders of magnitude less. Similar high indicators of chemical resistance of vitrified materials are known from the literature regarding the low leaching of heavy metals according to the results of relevant tests, for example, the results of a test for the leachability of a fly ash melt quenched with water: Zn - 2.7⋅10 -2 , Cd - 1.1⋅ 10 -3 , Cr - 8.1⋅10 -4 , Pb - 2.3⋅10 -2 , As - 6⋅10 -2 , Hg - <5.0⋅10 -4 [Plasma Science and Technology, Vol. 14, No.9, Sep. 2012, https://doi.org/10.1088/1009-0630/14/9/08].
Сущность заявленного устройства поясняется чертежом, на котором представлен один из возможных вариантов реализации заявленного устройства для остеклования токсичных отходов с высокой зольностью.The essence of the claimed device is illustrated by the drawing, which shows one of the possible options for implementing the claimed device for vitrification of toxic waste with a high ash content.
Устройство содержит исходный бункер отходов 1, загрузчик отходов 2 на стадию наработки окатышей, тарельчатый гранулятор 3, транспортер 8 полученных окатышей, бункер окатышей 9, охлаждаемый загрузчик окатышей 10, плавильную камеру 11, изготовленную из огнеупорных материалов, бассейн плавильной камеры 12, окно загрузки окатышей 14 в торцевой стенке плавильной камеры 11, наклонную плоскость 13 под окном загрузки окатышей с углом от 15° до 60° от стенки бассейна плавильной камеры 12, расположенной под загрузочным окном 14, отверстия нагревательных устройств 15, расположенные в боковых и торцевых стенках плавильной камеры вдоль расплава выше загрузочного окна окатышей 14, расплав отходов 16, сливное отверстие 17, расположенное в дне бассейна плавильной камеры 12, емкость для охлаждения расплава 18, транспортер охлажденного расплава 19 для дальнейшего использования вне заявленного устройства, Отверстие для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов 23, контур системы рекуперации тепловой энергии 24, систему подачи воздуха 22 и топлива 21, систему газоочистки отработанных технологических газов известными методами 27, систему поддержания разрежения 28.The device comprises an
Дополнительно устройство может содержать емкость со связующими 4, насос дозирования связующих 5, бункер дополнительных материалов для подшихтовки 6, загрузчик подшихтовки 7, дополнительный контур отбора теплоты отработанных технологических газов 25 на вспомогательные цели или для передачи теплоты потребителю 26, отверстия 29 для подачи подогретого воздуха в объем плавильной камеры не через нагревательные устройства, находящиеся ниже окна загрузки окатышей отходов 14 и выше уровня расплава 16, систему подачи охлаждающей воды 20 для резкого охлаждения расплава отходов.Additionally, the device may contain a container with
Отверстие для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов 23 в систему рекуперации тепла расположено в торцевой стенке плавильной камеры 11.The opening for the selection and supply of hot
В качестве нагревательного устройства 15 могут быть использованы горелочные устройства или устройство нагрева, выполненное с возможностью использования метода электрической дуги, или выполненное с возможность использования метода омического нагрева.As the
Работа устройства осуществляется следующим образом. Токсичные отходы с высокой зольностью (например, летучая зола) выгружаются в исходный бункер отходов 1, затем загрузчиком отходов 2 передаются на стадию наработки окатышей в тарельчатый гранулятор 3, в который также может быть добавлено связующее (например, вода, водный раствор мелассы или другие известные водные растворы) из емкости со связующими 4 насосом дозирования связующих 5, или осуществлена подшихтовка отходов из бункера дополнительных материалов 6 загрузчиком подшихтовки 7 для получения продукта с заданными свойствами или снижения температуры плавления окатышей отходов, из тарельчатого гранулятора 3 окатыши транспортером 8 направляются в бункер окатышей 9, снабженный герметичным шлюзовым затвором (входящим в состав бункера и не показанном на схеме), откуда охлаждаемым загрузчиком окатышей 10 окатыши отходов загружаются в плавильную камеру 11 через окно загрузки окатышей 14 в торцевой стенке плавильной камеры 11, окатыши отходов скатываются по наклонной плоскости 13, расположенной под окном загрузки окатышей 14, в бассейн плавильной камеры 12 на поверхность расплава отходов 16 и расплавляются, увеличивая уровень расплава в плавильной камере 11, расплав сливается из плавильной камеры 11 через отверстие 17 в дне бассейна плавильной камеры 12 (слив расплава может быть как порционным, так и непрерывным), температурный режим не менее 1400 до 1600°С (и выше в зависимости от температуры плавления окатышей отходов) поддерживается нагревательными устройствами, расположенными в отверстиях нагревательных устройств 15, размещенных в боковых и торцевых стенках плавильной камеры вдоль расплава выше загрузочного окна окатышей 14, расплав 16 после слива из плавильной камеры 11 попадает в емкость расплава 18, где охлаждается (медленно на воздухе или резко с использованием системы подачи охлаждающей воды 20) и затем транспортером охлажденного расплава 19 передается на дальнейшее использования вне заявленного устройства, отработанные технологические газы из объема плавильной камеры 11 направляются в систему рекуперации тепловой энергии через отверстие для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов 23, в которой в контуре системы рекуперации тепловой энергии 24 воздух, подаваемый в плавильную камеру 11 с помощью системы подачи воздуха 22, нагревается до температуры 500-1200°С, что существенно снижает расход тепловой энергии в плавильной камере 11 (в качестве теплообменного оборудования может использоваться пластинчатый или кожухотрубный теплообменник из жаропрочных сталей или керамические агрегаты, применяемые в стекольной и металлургической промышленностях), подогретый воздух подается в объем плавильной камеры через устройства нагрева 15 или через отверстия 29, расположенные выше уровня расплава, но ниже уровня нагревательных устройств, отходящий газ после первого контура рекуперации энергии 24 может быть направлен во второй контур рекуперации энергии 25, отобранная теплота может быть передана потребителю 26 или на вспомогательные нужды (например, генерация электрической энергии в блочном турбогенераторе), после охлаждения отработанные технологические газы направляются в систему газоочистки 27, где отходящий газ приводится к соответствию нормативным требованиям известными методами (рукавный или циклонный фильтр, щелочной скруббер, реагенты для извлечения тяжелых металлов из сточных вод скруббера), разрежение поддерживается в плавильной камере 11 и во всей аппаратной цепочке с помощью системы поддержания разрежения 28, после которой отходящий газ, соответствующий нормативным требованиям, направляется в атмосферу.The operation of the device is carried out as follows. Toxic wastes with a high ash content (for example, fly ash) are unloaded into the initial waste bin 1, then the waste loader 2 is transferred to the pelletizing stage in the plate granulator 3, into which a binder can also be added (for example, water, an aqueous solution of molasses or other known aqueous solutions) from a container with binders 4 by a binder dosing pump 5, or the waste was charged from the hopper of additional materials 6 by the charge loader 7 to obtain a product with desired properties or to reduce the melting point of the waste pellets, from the plate granulator 3 the pellets are sent by the conveyor 8 to the pellet bin 9 is located under the pellet loading window 14, into the pool of the melting chamber 12 on the surface of the waste melt 16 and melt, increasing the level of the melt in the melting chamber 11, the melt is drained from the melting chamber 11 through the hole 17 in the bottom of the pool of the melting chamber 12 (melt discharge can be either batch , and continuous), the temperature regime of at least 1400 to 1600°C (and higher, depending on the melting temperature of the waste pellets) is maintained by heating devices located in the openings of the heating devices 15, located in the side and end walls of the melting chamber along the melt above the loading window pellets 14, the melt 16 after draining from the melting chamber 11 enters the melt tank 18, where it is cooled (slowly in air or abruptly using the cooling water supply system 20) and then the cooled melt conveyor 19 is transferred for further use outside the claimed device, the exhaust process gases from the volume of the smelter to chambers 11 are sent to the heat energy recovery system through an opening for the selection and supply of hot exhaust process gases 23, in which, in the circuit of the heat energy recovery system 24, the air supplied to the melting chamber 11 using the air supply system 22 is heated to a temperature of 500-1200 ° C, which significantly reduces the consumption of thermal energy in the melting chamber 11 (as heat exchange equipment, a plate or shell-and-tube heat exchanger made of heat-resistant steels or ceramic units used in the glass and metallurgical industries can be used), heated air is supplied to the volume of the melting chamber through heating devices 15 or through holes 29 located above the melt level, but below the level of heating devices, the exhaust gas after the first energy recovery circuit 24 can be directed to the second energy recovery circuit 25, the extracted heat can be transferred to the consumer 26 or for auxiliary needs (for example, for example, generation of electrical energy in a block turbine generator), after cooling, the exhaust process gases are sent to the gas cleaning system 27, where the exhaust gas is brought to compliance with regulatory requirements by known methods (bag or cyclone filter, alkaline scrubber, reagents for extracting heavy metals from scrubber wastewater) , the vacuum is maintained in the melting chamber 11 and in the entire hardware chain with the help of a vacuum maintenance system 28, after which the exhaust gas that meets the regulatory requirements is sent to the atmosphere.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021112960A RU2769386C1 (en) | 2021-05-05 | 2021-05-05 | Device for glazing toxic waste with high ash content by high-temperature treatment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021112960A RU2769386C1 (en) | 2021-05-05 | 2021-05-05 | Device for glazing toxic waste with high ash content by high-temperature treatment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2769386C1 true RU2769386C1 (en) | 2022-03-31 |
Family
ID=81075788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021112960A RU2769386C1 (en) | 2021-05-05 | 2021-05-05 | Device for glazing toxic waste with high ash content by high-temperature treatment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2769386C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2134389C1 (en) * | 1996-12-25 | 1999-08-10 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се. | Melt treatment device |
| RU2265774C1 (en) * | 2004-08-06 | 2005-12-10 | Закрытое акционерное общество "ВНИИЭТО" | Method and device for treating solid waste |
| RU2286837C2 (en) * | 2002-05-08 | 2006-11-10 | ЛАУ Эдмунд Кин Он | Method and device for treating harmful waste |
| 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 |
| WO2012142253A2 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-18 | Alter Nrg Corp. | Process and apparatus for treatment of incinerator bottom ash and fly ash |
| RU2699114C2 (en) * | 2015-01-27 | 2019-09-03 | Кнауф Инзулацьон | Melting apparatus of submersible combustion |
| RU2704398C1 (en) * | 2019-03-25 | 2019-10-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех" | Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation |
-
2021
- 2021-05-05 RU RU2021112960A patent/RU2769386C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2134389C1 (en) * | 1996-12-25 | 1999-08-10 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се. | Melt treatment device |
| RU2286837C2 (en) * | 2002-05-08 | 2006-11-10 | ЛАУ Эдмунд Кин Он | Method and device for treating harmful waste |
| RU2265774C1 (en) * | 2004-08-06 | 2005-12-10 | Закрытое акционерное общество "ВНИИЭТО" | Method and device for treating solid waste |
| 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 |
| WO2012142253A2 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-18 | Alter Nrg Corp. | Process and apparatus for treatment of incinerator bottom ash and fly ash |
| RU2699114C2 (en) * | 2015-01-27 | 2019-09-03 | Кнауф Инзулацьон | Melting apparatus of submersible combustion |
| RU2704398C1 (en) * | 2019-03-25 | 2019-10-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех" | Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107120656B (en) | Melting furnace for indirect thermal cracking and ash combustion and treatment method thereof | |
| CN102758090A (en) | Treatment method for electroplating sludge | |
| US5925165A (en) | Process and apparatus for the 3-stage treatment of solid residues from refuse incineration plants | |
| CN107363072B (en) | Molten bath smelting method for waste | |
| CN108954344B (en) | Harmless treatment method for industrial waste salt residues | |
| WO2004048851A1 (en) | Integrated plasma-frequency induction process for waste treatment, resource recovery and apparatus for realizing same | |
| CN112122307A (en) | Dangerous waste plasma melting treatment system | |
| CN111468504A (en) | Solid waste treatment apparatus and solid waste treatment method | |
| CN111270077A (en) | System and method for treating dust collection ash of steel plant by chain plate type high-temperature reduction furnace | |
| CN208253603U (en) | A kind of processing system of wiring board | |
| CN109402414A (en) | A kind of technique that organic couples utilization and cooperative disposal with inorganic hazardous waste | |
| CN105945028B (en) | Consumer waste incineration regeneration technique | |
| CN108413412A (en) | A kind of processing system of wiring board | |
| CN108642286A (en) | A kind of processing method of wiring board | |
| CN201589272U (en) | Waste disposal system applied in production of cement dry-process rotary kiln | |
| CN105420504B (en) | A kind of metal solid waste recovery processing equipment | |
| RU2704398C1 (en) | Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation | |
| KR101553475B1 (en) | A recovering method of valuable metals from copper-containing waste using steam plasma | |
| RU2769386C1 (en) | Device for glazing toxic waste with high ash content by high-temperature treatment | |
| KR101142256B1 (en) | Ash supply apparatus for mixing-compressing municipal solid wastes and fire retardant wastes including high-moisture | |
| CN116354572A (en) | High-temperature melting treatment method for hazardous waste sludge based on heavy metal component recovery | |
| KR101170903B1 (en) | Drying system for incinerating municipal solid wastes and fire retardant wastes including high-moisture | |
| CN212293697U (en) | Dust collecting system for steel plant disposed by chain plate type high-temperature reduction furnace | |
| KR101166157B1 (en) | Incinerator system that improves combustion efficiency | |
| KR101170902B1 (en) | Mixing and compressing system for incinerating municipal solid wastes and fire retardant wastes including high-moisture |