RU2814348C1 - Способ плавления золошлаковых отходов мусоросжигающего завода - Google Patents
Способ плавления золошлаковых отходов мусоросжигающего завода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814348C1 RU2814348C1 RU2022128922A RU2022128922A RU2814348C1 RU 2814348 C1 RU2814348 C1 RU 2814348C1 RU 2022128922 A RU2022128922 A RU 2022128922A RU 2022128922 A RU2022128922 A RU 2022128922A RU 2814348 C1 RU2814348 C1 RU 2814348C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ash
- slag
- melt
- electric furnace
- charge
- Prior art date
Links
- 239000002893 slag Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 title claims description 5
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims abstract description 83
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000010882 bottom ash Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004886 process control Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 9
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 4
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 6
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 3
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 abstract description 3
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 abstract 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 15
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 13
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 241000273930 Brevoortia tyrannus Species 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 6
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 6
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 5
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 3
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 2
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- KVGZZAHHUNAVKZ-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxin Chemical compound O1C=COC=C1 KVGZZAHHUNAVKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000011438 discrete method Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000007909 melt granulation Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 1
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области термической переработки твёрдых коммунальных отходов на мусоросжигающих заводах, а именно к части обезвреживания золошлаковых отходов, образующихся при сжигании твёрдых коммунальных отходов. Способ включает подготовку золошлаковой шихты перед каждой новой загрузкой электропечи путем смешивания подовой золы и летучей золы в пропорции 7:3 или 6:4 и добавления к полученной смеси подовой и летучей золы гашеной извести в количестве 2% от массы смеси, гранулирование шихты и её подачу в электропечь 3-фазного переменного тока, запуск электропечи электродуговым разрядом, плавление шихты, после прекращения разряда, за счет резистивного нагрева от протекания тока между электродами вплоть до слива расплава, охлаждение и кристаллизацию расплава золошлака путем слива всего объема расплава из электропечи, кроме оставляемого остатка, в ковш, из которого порциями расплав разливают в изложницы для последующего остывания и кристаллизации, при этом изложницы дополнительно охлаждают вентиляторами, гранулирование расплава золошлака путем измельчения застывшего расплава и последующего разделения на фракции, очистку отходящих дымовых газов путем подачи, и последовательного пропускания отходящих дымовых газов через предварительно охлажденный газоход, предварительно охлажденный газоохладитель, газоход среднетемпературный компоновочный, рукавный фильтр, угольный фильтр, и выброса очищенных газов с помощью вытяжного вентилятора в атмосферу, автоматизированное управление процессом путем периодического снятия показаний измерительных приборов в контрольных фиксированных точках, передачи показаний в снабженный соответствующим программным обеспечением компьютер, сравнения результатов измерения и расчетов со значениями эталонных характеристик процесса, и передачи управляющих сигналов. Технический результат - обеспечение эффективной утилизации побочных продуктов - золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании ТКО на МСЗ, с получением экологически безопасного химически инертного шлака, пригодного для использования в строительной отрасли. 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области термической переработки твёрдых коммунальных отходов (ТКО) на мусоросжигающих заводах (МСЗ), а именно, к части обезвреживания золошлаковых отходов, образующихся при сжигании ТКО, с получением экологически безопасного химически инертного шлака, пригодного для использования в строительной отрасли.
Образующиеся при термическом обезвреживании (сжигании) ТКО золошлаковые отходы содержат 3-6 % от массы сухого топлива летучей золы (пыли) и 20-30 % подовой золы (шлака). Летучая зола (далее по тексту «зола») отличается более высоким, чем шлак, содержанием щёлочи Nа2О + К2О. В состав золы входит до 20 % сульфатов, а также большое количество растворимых в воде микропримесей, таких как соли свинца, цинка, ртути, кадмия, хлоридов и фторидов. Зола относится к категории опасных отходов, так как содержание в ней тяжёлых металлов и диоксинов существенно превосходит нормативные уровни.
Свойства и состав зольных остатков влияет на особенности технологического процесса плавления золы и сопутствующей инфраструктуры плавильной электропечи.
Одним из наиболее эффективных путей решения проблемы обезвреживания золошлаковых отходов является их плавление, что приводит к значительному снижению объёма золы и переводу её в инертный (остеклованный) шлак.
Известны решения, в которых для плавления золошлаковых отходов используют электродуговые плазмотроны.
Известная лабораторная плазменная плавильная установка (Х.С. Пак. Исследование состава и свойств шлака при плазменном переплаве золы мусоросжигательных заводов // Теплофизика и аэромеханика, 2011, т. 18, № 2, с.325-334) имеет маленькую производительность, так как переработка золы осуществляется дискретным методом по 500 г. Система очистки установки не позволяет достичь экологических норм по вредным выбросам.
В известном блоке утилизации золы [RU2502017, 20.12.2013, F23G 5/00; RU2502018, 20.12.2013, F23G 5/00] электродуговой плазмотрон имеет ресурс работы электродов не более 500 часов.
Известна система плавления золы от сжигания отходов [CN207709525, 2018-08-10, B01D46/02; B01D50/00; B01D53/04; B01D53/18; B01D53/78; B09B3/00; B09B5/00; F23G7/06], включающая систему предварительной обработки золы, систему плавления золы, систему очистки дымовых газов.
Способ плавления золы от сжигания отходов указанной системой включает следующие этапы:
1. гранулирование золы в системе предварительной обработки золы, включающей бункер для хранения золы, бункер для хранения добавок, гранулятор.
2. плавление золы в системе плавления золы, включающей плавильную печь с электродуговым плазмотроном и резервуар водяного охлаждения шлака. Температура плавильной печи контролируется и поддерживается на уровне 1300-1700°C. При такой температуре частицы летучей золы образуют расплав, вредные компоненты, такие как диоксин, разлагаются, а тяжелые металлы растворяются.
3. остекловывание расплава шлака;
Расплав поступает в резервуар водяного охлаждения, быстро охлаждается с помощью проточной холодной воды с образованием остеклованного инертного шлака.
4. очистка дымовых газов.
Система очистки дымовых газов включает камеру дожигания, газоохладитель, рукавный фильтр, абсорбционную колонну, угольный фильтр, вентилятор с индуцированной тягой, дымоход. Дымовые газы с температурой 1100°C, образующиеся в плавильной реакционной печи, транспортируются в камеру дожигания с помощью вентилятора с индуцированной тягой по трубопроводу. Дымовые газы из камеры дожигания транспортируются в газоохладитель и охлаждаются до температуры ниже 200°C путем водяного охлаждения для предотвращения повторного образования диоксинов. Охлажденный дымовой газ поступает в рукавный фильтр для удаления вторичной летучей золы и твердых частиц, а затем в абсорбционную колонну. Затем в угольный фильтр который используют для поглощения остаточных Hg, Pd и других летучих тяжелых металлов и диоксинов в дымовых газах. Наконец, выхлопные газы, соответствующие стандарту, сбрасываются в атмосферу через вентилятор индуцированной тяги и дымоход.
В указанном техническом решении расплав шлака поступает в резервуар водяного охлаждения, однако при больших объёмах расплава требуются значительные расходы воды и парообразования, а также значительное время. Кроме того в указанном способе не предусмотрено дробление и разделение на фракции застывшего расплава шлака.
Используемая схема очистки отходящих газов сложна, требует достаточно больших объёмов абсорбента, а значит необходимо иметь отстойники, куда можно сливать загрязненную жидкость и шлам после очистки дымовых газов.
Использование электродуговых плазмотронов для плавления золошлаков малоэффективно, так как электродуговые плазмотроны имеют следующие недостатки:
- высокие удельные энергозатраты процесса (порядка 1 кВт⋅ч/кг золы),
- ограниченный ресурс работы электродов (300-500 часов),
- недостаточная мощность плазменных устройств (около 500-700 кВт),
- низкий КПД (70 % и ниже).
Известна система электродуговой плавки летучей золы от сжигания ТКО [CN206911916 (U) - 2018-01-23, B09B3/00; B09B5/00; C22B7/00], включающая систему предварительной обработки летучей золы, систему электродуговой плавки и систему очистки дымовых газов.
Способ электродуговой плавки летучей золы от сжигания ТКО указанной системой включает следующие этапы:
1. предварительная обработки летучей золы в системе предварительной обработки летучей золы;
Система предварительной обработки летучей золы включает бункер для хранения летучей золы, бункер для хранения добавок, электрический поворотный клапан, винтовые электронные весы, смеситель, ковшовый элеватор и питатель. Летучая зола смешивается с добавками, такими как речной песок, бура, битое стекло и дробленая зола и шлак, в соотношении 1:0,1-1:0,3. Бункер для хранения летучей золы и выходной порт бункера для хранения добавок оснащены управляемыми электрическими поворотными клапанами, которые совместно с электронными весами контролируют количественный выход материалов. Отдельно взвешенные летучая зола и добавки поступают в смеситель для полного перемешивания, а затем смесь подают в ковшовый элеватор для транспортировки в загрузочный бункер электродуговой плавильной печи.
2. электродуговая плавка смеси летучей золы и добавок;
Система электродуговой плавки включает печь с графитовыми электродами, резервуар для охлаждения шлака, контроллер и источник питания постоянного тока. Эксцентричная установка катода плавильной печи позволяет увеличить площадь контакта между дугой и летучей золой во время вращения печи. Скорость вращения печи составляет 0,2-1 об./мин.
3. охлаждение расплава шлака, осуществляемое путём выгрузки расплава в резервуар с водой;
4. очистка дымовых газов.
Система очистки дымовых газов включает камеру дожигания, газоохладитель, рукавный фильтр, абсорбционную колонну, колонну промывки щелочью, угольный фильтр, вентилятор индуцированной тяги и дымовую трубу.
Дымовые газы, содержащие тяжелые металлы, соли и горючие газы из электродуговой плавильной печи, попадают в камеру дожигания. Уровень температуры в камере дожигания поддерживается в диапазоне 1050-1100°C.
Из камеры дожигания дымовые газы попадают в газоохладитель с водяным охлаждением, где быстро охлаждаются до 200°С и далее поступают в рукавный фильтр. Рукавным фильтром улавливают твёрдые частицы из дымовых газов, которые отправляют на повторное дожигание. В абсорбционной колонне удаляют из дымовых газов водорастворимые газы. После абсорбции дымовые газы проходят колонну промывки щёлочью, где подвергается очистке от кислых примесей, в том числе двуокиси углерода, и угольный фильтр. Обработанные такой системой очистки дымовые газы полностью соответствуют нормам выбросов и сбрасываться в атмосферу через вентилятор индуцированной тяги и дымоход.
- В указанном способе золу смешивают с добавками, получая сыпучий материал. Преимущество компактного материала перед сыпучим: снижение запыленности производственных помещений, уменьшение объема полуфабриката. В пресс-материалах снижается содержание воздуха и увеличивается теплопроводность по сравнению с сыпучими.
При больших объёмах расплава шлака требуются значительные расходы воды и парообразования, а также значительное время. Кроме того в указанном способе не предусмотрено дробление и разделение на фракции застывшего расплава шлака.
Используемая схема очистки отходящих газов сложна, требует достаточно больших объёмов абсорбента, а значит необходимо иметь отстойники, куда можно сливать загрязненную жидкость и шлам после очистки дымовых газов. Это сложное и дорогостоящее техническое решение.
Таким образом, известные способы не позволяют достаточно эффективно решить задачу обезвреживания золошлаковых отходов МСЗ, следовательно, заявленное изобретение может быть отнесено к техническим решениям, не имеющим ближайшего аналога.
Задача - создание эффективного способа плавления золошлаковых отходов мусоросжигающего завода, отличающегося простотой, энергоэффективностью, экологической безопасностью, безотходностью.
Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение эффективной утилизации побочных продуктов - золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании ТКО на МСЗ, с получением экологически безопасного химически инертного шлака, пригодного для использования в строительной отрасли.
Предлагается эффективный способ плавления золошлаков МСЗ с использованием системы, включающей 3-х фазную плавильную электропечь переменного тока, имеющей ряд преимуществ перед электропечью постоянного тока:
- перемешивание расплава с расплавляемой шихтой осуществляется за счет протекания тока между электродами.
- низкие капитальные затраты по сравнению с плавильной электропечью постоянного тока (капитальные затраты на создание 3-х фазной печи переменного тока на 20% ниже).
- простота масштабирования производительности электропечи по расплаву (5 - 10 - 15 т/ч).
Предлагаемый способ плавления золошлаковых отходов МСЗ включает: подготовку золошлаковой шихты путём смешивания летучей и подовой золы и добавок; гранулирование шихты в смесителе-грануляторе; подачу шихты в электропечь; запуск электропечи; плавление шихты в электропечи; охлаждение и кристаллизацию расплава золошлака; гранулирование расплава золошлака; очистку отходящих дымовых газов; автоматизированное управление всеми указанными приёмами.
Согласно изобретению, подготовку золошлаковой шихты проводят перед каждой новой загрузкой электропечи, путём смешивания подовой золы и летучей золы в пропорции 7 : 3 или 6 : 4 и добавления к полученной смеси подовой и летучей золы гашёной извести в количестве 2 % от массы смеси.
Согласно изобретению, гранулированную шихту подают в электропечь 3-х фазного переменного тока.
Согласно изобретению, запускают электропечь электродуговым разрядом, после прекращения разряда процесс плавления шихты осуществляют при температуре T ≥ 1200°С за счёт резистивного нагрева от протекания тока по электродам вплоть до слива расплава.
Согласно изобретению, охлаждение и кристаллизацию расплава золошлака осуществляют путём слива всего объёма расплава из электропечи, кроме оставляемого остатка, в ковш, из которого небольшими порциями расплав разливают в изложницы для последующего остывания и кристаллизации, при этом изложницы дополнительно охлаждают вентиляторами,
Согласно изобретению, объём ковша, в который сливают расплав золошлака, равен сумме объёмов изложниц.
Согласно изобретению, количество вентиляторов, используемых для охлаждения расплава золошлака равно количеству изложниц.
Согласно изобретению, гранулирование расплава золошлака осуществляют путём измельчения застывшего расплава золошлака дробилкой и последующего разделения на фракции ситами.
Согласно изобретению, очистку отходящих дымовых газов осуществляют путём подачи и последовательного пропускания отходящих дымовых газов через предварительно охлаждённый газоход, предварительно охлаждённый газоохладитель, газоход среднетемпературный компоновочный, рукавный фильтр, угольный фильтр, и выброса очищенных газов с помощью вытяжного вентилятора в атмосферу.
Согласно изобретению, для предварительного охлаждения газоохладителя, используемого в процессе очистки отходящих дымовых газов, применяют водяные форсунки, которые установлены сверху и сбоку газоохладителя.
Согласно изобретению, количество форсунок, их точное месторасположение и расход подаваемой воды определяют в зависимости от производительности электропечи и температуры дымовых газов.
Согласно изобретению, автоматизированное управление процессом осуществляют путём периодического снятия показаний измерительных приборов в контрольных фиксированных точках, передачи показаний в снабженный соответствующим программным обеспечением компьютер, сравнения результатов измерения и расчётов со значениями эталонных характеристик процесса, и передачи управляющих сигналов. Для управления процессом используют показания датчиков температуры, расхода, вибрации, уровня заполнения, оптического пирометра, газоанализатора.
Способ плавления золошлаков МСЗ осуществляют в системе плавления золошлаков МСЗ, схема которой показана на фиг. 1, где: 1 - система гранулирования шихты, 2 - система подачи шихты в печь, 3 - трёхфазная печь переменного тока, 4 - система охлаждения и кристаллизации расплава золошлака, 5 - система гранулирования расплава золошлака, 6 - система дымоочистки, 7 - автоматизированная система управления (АСУ), ИП - источник питания.
Способ плавления золошлаков МСЗ включает следующие этапы:
1- гранулирование шихты и подача в электропечь;
На фиг. 2 показаны система гранулирования шихты и система подачи шихты в электропечь, где: 8 - бункер для хранения подовой золы; 9 - бункер для хранения летучей золы; 10 - бункер для хранения извести; 11 - смеситель-гранулятор; 12 - бункеры для шихты; 13 - труботечки; 14 - электропечь.
Система гранулирования шихты включает:
- бункер для хранения подовой золы;
- бункер для хранения летучей золы;
- бункер для хранения извести;
- смеситель-гранулятор.
Блок подачи шихты в электропечь включает:
- бункеры для шихты;
- труботечки;
- дозаторы (на фиг.1 не показаны).
Золошлаковая шихта подвергается смешиванию и грануляции. Компоненты шихты (подовая зола - шлак, летучая зола - пыль) смешивают в пропорции: 7 : 3 или 6 : 4. К полученной шихте добавляют гашеную известь в количестве 2 % от массы шихты.
Учитывая невысокий насыпной вес золошлака (по литературным данным от 1,2 до 1,5 т/м3) целесообразно окомкование шихты до брикетов, пеллет, гранул. Преимущество компактного материала перед сыпучим:
- снижение запыленности производственных помещений,
- уменьшение объема полуфабриката.
В пресс-материалах снижается содержание воздуха и увеличивается теплопроводность по сравнению с сыпучими.
Один из наиболее многообразных и широко применяемых в различных отраслях промышленности процесс - гранулирование. В общем случае гранулирование позволяет значительно упростить хранение, транспортирование и дозирование. Оно направлено на повышение сыпучести при одновременном устранении пыли в цехе и тем самым улучшить условия труда в сфере производства и обращения. Наряду с этим технология направлена на гомогенизацию смеси, увеличение тепломассообмена, регулировку структур гранул. Всё это способствует интенсификации процессов, в которых используются гранулы, повышению производительности труда и культуры производства.
Загружают взвешенную шихту в смеситель-гранулятор и гранулируют. Турбулентный характер движения частиц в зоне гранулирования (смешивания) смесителя-гранулятора обеспечивает кратковременность процесса и получение относительно однородных продуктов даже в тех случаях, когда количество и насыпной вес компонентов значительно отличаются друг от друга (например, шлак, зола, известь).
Через 15-20 мин. гранулированную смесь ленточным транспортёром подают в бункеры над электропечью. Поскольку мусоросжигательная печь работает круглосуточно, то подготовку золошлаковой шихты для расплавления проводят перед каждой новой загрузкой электропечи.
Открывают задвижки на бункерах и подают гранулированную шихту на дозатор в труботечки электропечи. После подачи необходимого количества шихты труботечки закрывают.
Электропечь запускают.
2 - плавление шихты;
В качестве плавильной электропечи используют электропечь 3-х фазного переменного тока [Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального нагрева: Учебник для вузов / А.Д. Свенчанский и др. - М.: Энергоиздат, 1981. 296 с]. Основными элементами электропечи являются кожух печи, футеровка ванны, три графитированных электрода, электрододержатели, гибкий токоподвод, короткая сеть, понижающий трансформатор, автоматический регулятор мощности. Размеры и форма кожуха соответствуют форме ванны печи. Внутренняя поверхность футеровки образует ванну печи и должна обладать необходимыми свойствами для удержания металлических и шлаковых расплавов. Она также необходима для снижения тепловых потерь ванны и обеспечения на кожухе печи температуры, допустимой по условиям эксплуатации. Круглая ванна для трёхэлектродных печей наиболее проста в изготовлении и эксплуатации.
В таблице 1 показаны отличия электропечи постоянного тока и электропечи 3-х фазного переменного тока по основному оборудованию. Технология расплава золы при этом остается одна и та же.
| Таблица 1. Сравнение электропечи постоянного тока и электропечи 3-х фазного переменного тока по основному оборудованию. | |||
| № п/п | Наименование | Печь постоянного тока | Печь 3-х фазная переменного тока |
| 1. | Eмкость электропечи по расплаву | 5 т | 5 т |
| 2. | Количество электродов стержневого типа | 1 | 3 |
| 3. | Наличие подового электрода | да | нет |
| 4. | Выпрямитель тока | да | нет |
| 5. | Короткие сети | нет | да |
| 6. | Вращатель расплава | да | нет |
| 7. | Разделительный трансформатор | да | да |
При одинаковой производительности капитальные затраты на плавильную электропечь 3-х фазного переменного тока на 20 % ниже, чем на электропечь постоянного тока.
Процесс расплава золошлаковой шихты начинается с дугового разряда по токопроводящим каналам (дорожкам) между электродами с образованием электродуговой плазмы, от которой за счёт теплопередачи происходит расплавление окружающей шихты. Затем разряд прекращается и процесс плавления продолжается омическим нагревом золошлака вплоть до слива расплава. Плавление шихты осуществляют при температуре T ≥ 1200°С.
3 охлаждение и кристаллизация расплава золошлака;
Система охлаждения и кристаллизации расплава золошлака включает: ковш; изложницы; вентиляторы.
Общеизвестно, что если расплав любого материала, в том числе золошлака, слить в воду (в неподвижный объём), то после прекращения всех физико-химических реакций (закалка продукта) образуются различной формы гранулы. При больших объёмах расплава требуются значительные расходы воды и парообразования. Можно получить наперед заданные гранулы, если расплав материала медленно выливать в движущийся поток воды (ручеёк). Однако, для больших масс расплава потребуется много ручейков, чтобы слить и охладить расплав за короткое время.
Предлагается весь объём расплава из электропечи (кроме оставляемого остатка - «болота») выливать в металлургический ковш, из которого небольшими порциями расплав разливать в изложницы для последующего остывания и кристаллизации. Количество изложниц зависит от объёма расплава золошлака. К примеру, для 5 тонн расплава золошлака потребуется 12 - 15 изложниц. С целью ускорения остывания расплава изложницы дополнительно охлаждают вентиляторами.
4 гранулирование расплава золошлака;
Система гранулирования расплава золошлака включает дробилку и сита. Застывший расплав подают на дробилку для измельчения на заданные фракции. Раздробленный материал разделяют на фракции ситами. Размеры фракций определяются потребителями остеклованного шлака. С помощью сита отбирают нужные фракции.
5 - очистка отходящих (дымовых) газов;
Очистка отходящих (дымовых) газов из электропечи расплавления золошлака МСЗ - одна из ответственных технологических операций, оказывающих значительное влияние на экологию окружающей среды и здоровье человека.
Эффективность работы газоочистных устройств во многом зависит от физико-химических свойств улавливаемой золы и поступающих в золоуловитель дымовых газов.
Особенности очистки отходящих (дымовых) газов из электропечи расплавления золошлака МСЗ:
- высокая температура поступающих на очистку дымовых газов (свыше 1200°С);
- сложный состав очищаемых газов, в том числе веществ 1 класса опасности;
- широкий интервал колебаний качественного и количественного состава как дымовых газов, так и содержащихся в них вредных примесей;
- высокая химическая активность некоторых веществ;
- различное агрегатное состояние вредных примесей и др.
Для очистки газов от электропечи расплава золошлаков с точки зрения надежности работы, простоты в эксплуатации, увеличения срока службы газоочистительных элементов и универсальности, которые заключаются в достаточно высокой степени улавливания всех без исключения присутствующих токсичных веществ наиболее подходит система «мокрой» очистки. К её достоинствам следует также отнести возможность одновременной очистки газов от жидких, твёрдых и газообразных примесей.
Известна система «мокрой» очистки газов от плазменно-термической печи расплава золошлаков [Ariace K., Koga A., Matsuoka Y. et al. Plasma siagging system for incineration of ash // FAPJG, 1995, N 144, p. 120], включающая электропечь, водоохлаждаемый газоход, первичный газоохладитель, газоход, газоохладитель 2-й ступени, фильтр картрижный, газоохладитель низкотемпературный, фильтр угольный, вытяжной вентилятор. Указанная схема очистки отходящих газов сложна, требует достаточно больших объёмов абсорбента, а значит необходимо иметь отстойники, куда можно сливать загрязненную жидкость и шлам после очистки дымовых газов. Это дорогостоящее техническое решение.
Поскольку в отходящем пылегазовом потоке электропечи расплава золошлаков отсутствуют диоксины и канцерогенные вещества (при Т ≥ 1200°С их нет) можно существенно модернизировать указанную в [Ariace K., Koga A., Matsuoka Y. et al. Plasma siagging system for incineration of ash // FAPJG, 1995, N 144, p. 120] систему.
На фиг. 3 показана схема предлагаемой системы дымоочистки, где: 14 - электропечь; 15 - водоохлаждаемый газоход; 16 - водоохлаждаемый газоохладитель (монтируется вблизи печи); 17 - газоход среднетемпературный компоновочный; 18 - рукавный фильтр; 19 - фильтр угольный; 20 - вентилятор вытяжной. Кроме того, система дымоочистки включает форсунки для охлаждения газоохладителя 16 и может включать циклоны для улавливания мелкодисперсных частиц (на фиг.3 не показаны).
Отходящий из электропечи пылегазовый поток имеет температуру Т ≥ 1200°С. В отходящем пылегазовом потоке отсутствуют диоксины и канцерогенные вещества (при Т ≥ 1200°С их нет). Резкое охлаждение отходящего пылегазового потока до температуры не более 200°С («закалка») исключает вероятность вторичного появления вредных веществ.
Резкое охлаждение отходящего пылегазового потока достигается при прохождении им предварительно охлаждённых газохода и газоохладителя. В технологическом режиме работы электропечи охлаждающую воду на газоход и газоохладитель начинают подавать до подачи дымовых газов в систему газоочистки, то есть пылегазовый поток с температурой ~ 1200°С из печи попадает в уже охлаждённые газоход и газоохладитель, проходя которые охлаждается до температуры 200°С и ниже.
Газоохладитель охлаждают посредством водяных форсунок, установленных сверху и сбоку газоохладителя. Количество форсунок, их точное месторасположение и расход подаваемой воды определяют в зависимости от производительности электропечи и температуры дымовых газов.
Охлаждение отходящего пылегазового потока на выходе из газоохладителя до температуры не более 200 °С позволяет за газоходом установить рукавный фильтр для очистки газов от твёрдых частиц (предельная концентрация - не более 1 м3). После рукавного фильтра дымовые газы проходят через угольный фильтр, который поглощает остаточные летучие тяжелые металлы и диоксины. Выброс очищенных газов в атмосферу производится через высоконапорный вентилятор.
Таким образом, из стандартной схемы «мокрой» очистки отходящих газов [Ariace K., Koga A., Matsuoka Y. et al. Plasma siagging system for incineration of ash // FAPJG, 1995, N 144, p. 120] исключают газоохладитель 2-й ступени, фильтр картрижный, газоохладитель низкотемпературный.
6 - автоматизированное управление процессом с помощью автоматизированной системы управления (АСУ).
АСУ включает датчики температуры, расхода воздуха в тракте, вибраций, уровня заполнения бункера, и др.; оптический пирометр для измерения температуры расплава; газоанализатор; персональный компьютер (ПК) со специальным программным обеспечением (ПО); контроллер.
Автоматизированное управление процессом осуществляют путём периодического снятия показаний измерительных приборов в контрольных фиксированных точках, передачи показаний в снабженный соответствующим программным обеспечением компьютер, сравнения результатов измерения и расчётов со значениями эталонных характеристик процесса, и передачи управляющих сигналов.
АСУ обеспечивает:
-поддержание заданной температуры отходящих газов через регулирование мощности газоохладителей путём изменения интенсивности водоохлаждения трубных пучков;
- включение в работу системы рукавного фильтра;
- поддержание заданного разряжения в тракте путем изменения частоты вращения вентилятора;
- контрольно-диагностические функции (вибрации вентилятора, переполнение пылесборных бункеров и др.).
Эффективность предложенного способа подтверждена экспериментальным расплавлением золы МСЗ на Новокузнецком металлургическом комбинате.
Claims (11)
1. Способ плавления золошлаковых отходов мусоросжигающего завода, включающий подготовку золошлаковой шихты путем смешивания летучей и подовой золы и добавок, гранулирование шихты, подачу шихты в электропечь, запуск электропечи, плавление шихты в электропечи, охлаждение и кристаллизацию расплава золошлака, гранулирование расплава золошлака, очистку отходящих дымовых газов, причем осуществляют автоматизированное управление всеми указанными приемами, отличающийся тем, что подготовку золошлаковой шихты проводят перед каждой новой загрузкой электропечи путем смешивания подовой золы и летучей золы в пропорции 7:3 или 6:4 и добавления к полученной смеси подовой и летучей золы гашеной извести в количестве 2% от массы смеси, гранулированную шихту подают в электропечь 3-фазного переменного тока, запускают электропечь электродуговым разрядом, после прекращения разряда процесс плавления шихты осуществляют за счет резистивного нагрева от протекания тока между электродами вплоть до слива расплава, охлаждение и кристаллизацию расплава золошлака осуществляют путем слива всего объема расплава из электропечи, кроме оставляемого остатка, в ковш, из которого порциями расплав разливают в изложницы для последующего остывания и кристаллизации, при этом изложницы дополнительно охлаждают вентиляторами, гранулирование расплава золошлака осуществляют путем измельчения застывшего расплава и последующего разделения на фракции, очистку отходящих дымовых газов осуществляют путем подачи, и последовательного пропускания отходящих дымовых газов через предварительно охлажденный газоход, предварительно охлажденный газоохладитель, газоход среднетемпературный компоновочный, рукавный фильтр, угольный фильтр, и выброса очищенных газов с помощью вытяжного вентилятора в атмосферу, автоматизированное управление процессом осуществляют путем периодического снятия показаний измерительных приборов в контрольных фиксированных точках, передачи показаний в снабженный соответствующим программным обеспечением компьютер, сравнения результатов измерения и расчетов со значениями эталонных характеристик процесса, и передачи управляющих сигналов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шихту гранулируют в смесителе-грануляторе.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем ковша, в который сливают расплав золошлака, равен сумме объемов изложниц.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество вентиляторов, используемых для охлаждения расплава золошлака, равно количеству изложниц.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что застывший расплав золошлака измельчают дробилкой.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измельченный дробилкой расплав золошлака разделяют на фракции ситами.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газоход и газоохладитель охлаждают водой.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для предварительного охлаждения газоохладителя, используемого в процессе очистки отходящих дымовых газов, применяют водяные форсунки.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что форсунки установлены сверху и сбоку газоохладителя.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что количество форсунок, их точное месторасположение и расход подаваемой воды определяют в зависимости от производительности электропечи и температуры дымовых газов.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для автоматизированного управления процессом используют показания датчиков температуры, расхода, вибрации, уровня заполнения, оптического пирометра, газоанализатора.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2814348C1 true RU2814348C1 (ru) | 2024-02-28 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2108517C1 (ru) * | 1995-07-31 | 1998-04-10 | Сергей Васильевич Иляхин | Способ термической переработки отходов |
| RU2293918C1 (ru) * | 2005-03-28 | 2007-02-20 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Способ термической переработки бытовых отходов и устройство для его осуществления |
| RU2344887C1 (ru) * | 2007-05-18 | 2009-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Способ переработки золы и/или шлака котельных и теплоэлектростанций |
| RU2460015C2 (ru) * | 2010-10-28 | 2012-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН) | Способ плазмотермической переработки твердых отходов |
| RU2502017C1 (ru) * | 2012-05-10 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов и мусоросжигательный завод для его осуществления |
| RU2638558C1 (ru) * | 2017-03-28 | 2017-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Финансово-производственная компания в атомной энергетике" | Способ термической переработки кека иловых осадков в шлаковом расплаве |
| CN107540432A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-01-05 | 北京三际生态科技有限公司 | 一种用活性氧及活化操作高速处理有机固体废弃物的方法和装置 |
| CN110142277A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-08-20 | 光大环保技术装备（常州）有限公司 | 一种用于垃圾焚烧飞灰处置的飞灰等离子熔融炉 |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2108517C1 (ru) * | 1995-07-31 | 1998-04-10 | Сергей Васильевич Иляхин | Способ термической переработки отходов |
| RU2293918C1 (ru) * | 2005-03-28 | 2007-02-20 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Способ термической переработки бытовых отходов и устройство для его осуществления |
| RU2344887C1 (ru) * | 2007-05-18 | 2009-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Способ переработки золы и/или шлака котельных и теплоэлектростанций |
| RU2460015C2 (ru) * | 2010-10-28 | 2012-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН) | Способ плазмотермической переработки твердых отходов |
| RU2502017C1 (ru) * | 2012-05-10 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов и мусоросжигательный завод для его осуществления |
| RU2638558C1 (ru) * | 2017-03-28 | 2017-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Финансово-производственная компания в атомной энергетике" | Способ термической переработки кека иловых осадков в шлаковом расплаве |
| CN107540432A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-01-05 | 北京三际生态科技有限公司 | 一种用活性氧及活化操作高速处理有机固体废弃物的方法和装置 |
| CN110142277A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-08-20 | 光大环保技术装备（常州）有限公司 | 一种用于垃圾焚烧飞灰处置的飞灰等离子熔融炉 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN211247720U (zh) | 等离子体熔融玻璃化的装置和垃圾焚烧飞灰处理系统 | |
| CN101797572B (zh) | 等离子体处理垃圾焚烧飞灰的方法 | |
| CN101427073B (zh) | 处理废物的方法和设备 | |
| US20060228294A1 (en) | Process and apparatus using a molten metal bath | |
| RU2592891C2 (ru) | Способ обработки отходов | |
| CN101983087A (zh) | 处理废物的方法和设备 | |
| CN113020229B (zh) | 飞灰固硫熔融无害化处理方法 | |
| CN113310056A (zh) | 危险废物焚烧处理系统及方法 | |
| CN107363072A (zh) | 废物的熔池熔炼方法 | |
| CN107338358A (zh) | 焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法 | |
| CN112661407A (zh) | 玻璃体制备方法和危险废物焚烧炉渣与垃圾焚烧飞灰无害化处置方法 | |
| CN112460603A (zh) | 危险废物焚烧系统及危险废物焚烧方法 | |
| CN113118181A (zh) | 一种危险废物焚烧灰渣协同制备玻璃体及脱碳的方法 | |
| CN111468504A (zh) | 固体废物处理装置与固体废物处理方法 | |
| RU2814348C1 (ru) | Способ плавления золошлаковых отходов мусоросжигающего завода | |
| RU2802494C1 (ru) | Система плавления золошлаковых отходов мусоросжигающего завода | |
| CN116174454A (zh) | 一种医疗废物及危险废物焚烧灰渣高温熔融处理系统 | |
| CN110686249A (zh) | 一种等离子熔融处理危险固废的一体化设备 | |
| CN206580845U (zh) | 一种利用高温熔渣处理垃圾焚烧飞灰的装置 | |
| CN107335677B (zh) | 一种危险废物无害化处理方法及装置 | |
| JP5050947B2 (ja) | 廃棄物の処理方法 | |
| CN112355033B (zh) | 一种热等离子体炬高温熔融系统 | |
| JP4350485B2 (ja) | 複数・混合汚染物質の焼成無害化処理方法及びその装置 | |
| RU102979U1 (ru) | Плазменный инцинератор | |
| RU2770298C1 (ru) | Способ остеклования токсичных отходов с высокой зольностью |