RU41995U1

RU41995U1 - TOXIC WASTE COMBUSTION INSTALLATION

Info

Publication number: RU41995U1
Application number: RU2004123521/22U
Authority: RU
Inventors: Н.Е. Ваулин; Г.Н. Глебов; В.И. Ковбасюк; Ю.В. Медведев
Original assignee: Ваулин Николай Евгеньевич; Глебов Григорий Николаевич; Ковбасюк Валентин Игоревич; Медведев Юрий Викторович
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2004-11-20

Abstract

Установка сжигания токсичных отходов, содержащая реакционную камеру, электродуговой нагреватель с источником электропитания, а также систему охлаждения и очистки выхлопных газов, отличающаяся тем, что реакционная камера состоит из двух секций, первая секция содержит инжекторы отходов и окислителя и электродуговой нагреватель, выполненный в виде подового и верхнего дуговых электродов, вторая секция содержит инжектор окислителя.A toxic waste incinerator containing a reaction chamber, an electric arc heater with a power source, and an exhaust gas cooling and purification system, characterized in that the reaction chamber consists of two sections, the first section contains waste and oxidizer injectors and an electric arc heater made in the form of a hearth and upper arc electrodes, the second section contains an oxidizer injector.

Description

Полезная модель относится к средствам защиты окружающей среды, более конкретно, к установкам сжигания токсичных элементоорганических отходов и отходов, содержащих указанные вредные вещества. Полезная модель может найти применение для уничтожения отходов производства продуктов органической химии и произведенных изделий и материалов, непригодных к дальнейшему использованию, в частности, запрещенных к применению пестицидов, трансформаторного и конденсаторного масла и т.д., а также потенциально инфицированных медицинских отходов, и в других случаях, когда необходима высокая степень надежного разрушения токсичного агента до безопасных для окружающей среды и здоровья человека форм. Полезная модель может быть использована при создании как стационарных установок различной производительности, так и мобильных.The utility model relates to environmental protection, and more particularly, to installations for burning toxic organoelemental wastes and wastes containing these harmful substances. The utility model may find application for the destruction of wastes from the production of organic chemistry products and manufactured products and materials unsuitable for further use, in particular, banned pesticides, transformer and condenser oils, etc., as well as potentially infected medical wastes, and other cases when a high degree of reliable destruction of the toxic agent to forms safe for the environment and human health is necessary. The utility model can be used to create both stationary units of various capacities and mobile.

Известны установки сжигания токсичных веществ в высокотемпературном факеле горения вспомогательного топлива, в частности, в камере ЖРД, содержащие системы подачи топлива в смеси с токсичным агентом, и окислителя, а также блок охлаждения реакционных газов и блок очистки выхлопа (Основные принципы экологически чистых технологий уничтожения токсичных агентов при горении, Платэ Н.А., Колбановский Ю.А. Химия в интересах устойчивого развития, 8, 2000, с.567-577). Их недостатком является необходимость применения дорогих топливных компонентов, способных создать необходимую температуру в смеси с отходами, и повышенный расход реакционных газов в системе очистки за счет продуктов горения вспомогательного топлива, что усложняет и удорожает газоочистку.There are known installations for burning toxic substances in a high-temperature auxiliary fuel flare, in particular, in a liquid fuel rocket engine chamber containing fuel supply systems mixed with a toxic agent and an oxidizer, as well as a cooling block for reaction gases and an exhaust purification unit (Basic principles of environmentally friendly technologies for the destruction of toxic agents during combustion, Plate N.A., Kolbanovsky Yu.A. Chemistry in the interests of sustainable development, 8, 2000, p. 567-577). Their disadvantage is the need to use expensive fuel components that can create the required temperature in a mixture with waste, and the increased consumption of reaction gases in the purification system due to the combustion products of auxiliary fuel, which complicates and increases the cost of gas cleaning.

Наиболее близкой по назначению и методу воздействия на токсичный агент к предлагаемой полезной модели является установка плазменного сжигания опасных отходов при высокой температуре, получаемой в реакционной камере за счет вводимой плазменной струи, содержащая The closest in purpose and method of exposure to a toxic agent to the proposed utility model is the installation of plasma burning of hazardous waste at high temperature, obtained in the reaction chamber due to the introduced plasma jet, containing

высокотемпературную реакционную камеру, системы подачи отходов и окислителя, и последующие блоки охлаждения и очистки выхлопных газов, и дополнительно - плазмотрон, генерирующий струю плазмы с температурой порядка 5-8×10³ К на основе таких плазмообразующих газов, как аргон, азот, реже - водород. (Плазменные технологии разрушения ПХБ, Е.Рэ, с.78-80, в сб. Технологии переработки и уничтожения ПХБ и устаревших пестицидов, материалы субрегионального совещания экспертов, Голицино, Моск.обл., 6-9 июля 1999 г. Центр международных проектов ГКРФ по охране окружающей среды, 242 с., - прототип). Плазмотрон, применяемый в установках такого типа, является элементом наиболее уязвимым, так как он работает в максимально напряженных термических условиях и при высокой нагрузке по электрическому току. Инертный газ, интенсивно потребляемый плазмотроном, выполняет функции защитной среды от термохимической и электрической эрозии, и, одновременно, он играет роль теплоносителя, передавая в струе вытекающей из сопла плазмы энергию, получаемую в дуговом разряде в защищенной полости плазмотрона. Как правило, за счет тепловых потерь на интенсивно охлаждаемых элементах конструкции плазмотрона теряется от 20 до 50% подводимой к плазмотрону электрической энергии, а также не используется в технологическом процессе та часть энергии плазмы, которая теряется с уходящими из реакционной камеры газами.a high-temperature reaction chamber, waste and oxidizer feed systems, and subsequent cooling and exhaust gas purification units, and additionally a plasmatron generating a plasma jet with a temperature of the order of 5-8 × 10 ³ K based on plasma-forming gases such as argon, nitrogen, less often hydrogen. (Plasma destruction technologies for PCBs, E. Re, pp. 78-80, in coll. Technologies for processing and destruction of PCBs and obsolete pesticides, materials from a subregional expert meeting, Golitsino, Moscow region, July 6-9, 1999 Center for International Projects GKRF environmental protection, 242 S., - prototype). The plasma torch used in installations of this type is the most vulnerable element, since it operates under the most intense thermal conditions and at high electric current loads. The inert gas, intensively consumed by the plasmatron, acts as a protective environment against thermochemical and electrical erosion, and at the same time, it plays the role of a coolant, transferring in the jet flowing out of the plasma nozzle the energy received in an arc discharge in a protected cavity of the plasmatron. As a rule, due to heat losses on intensely cooled structural elements of the plasma torch, 20 to 50% of the electric energy supplied to the plasmatron is lost, and the part of the plasma energy that is lost with the gases leaving the reaction chamber is not used in the process.

Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу повышения энергетической эффективности установки сжигания токсичных отходов за счет непосредственной передачи энергии дугового разряда в реакционную камеру и отказа от использования плазмотрона и теплоносителя.The proposed utility model solves the technical problem of increasing the energy efficiency of a toxic waste incineration plant by directly transferring arc discharge energy to the reaction chamber and refusing to use a plasma torch and a coolant.

Поставленная техническая задача решается тем, что в установке сжигания токсичных отходов, содержащей реакционную камеру, электродуговой нагреватель с источником электропитания, а также системы охлаждения и очистки выхлопных газов, реакционная камера состоит из двух секций, первая секция содержит инжекторы отходов и окислителя, и электродуговой The stated technical problem is solved in that in a toxic waste incinerator containing a reaction chamber, an electric arc heater with a power source, as well as an exhaust gas cooling and purification system, the reaction chamber consists of two sections, the first section contains waste and oxidizer injectors, and an electric arc

нагреватель, выполненный в виде подового и верхнего дуговых электродов, вторая секция содержит инжектор окислителя.a heater made in the form of a hearth and upper arc electrodes, the second section contains an oxidizer injector.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что узел термического разрушения токсичных отходов выполняется из двух секций. В первой секции, или камере конверсии, куда вводятся отходы и часть необходимого для сжигания окислителя, осуществляется непосредственный электрический разряд в рабочей среде между дуговыми плазмообразующими электродами, один из которых - подовый с расплавом металла и шлака, а второй дуговой электрод любого известного типа, служащий только для ввода тока в камеру. За счет химической энергии частичного окисления органических компонентов отходов и подводимой в дуговом разряде электрической мощности при высокой рабочей температуре из горючих отходов получается газовая смесь с высоким содержанием СО и Н₂. Восстановительная атмосфера среды препятствует образованию окислов азота. Температура процесса поддерживается на уровне, не ниже установленного Российскими и Европейскими стандартами для сжигания опасных отходов. Реакционные газы затем поступают в следующую секцию - камеру дожигания, куда тонкими струйками инжектируется недостающий для полного сжигания окислитель. Этот процесс тождественен микрофакельному горению, характеризующемуся минимальной генерацией оксидов азота. Суммарное время выдержки при высокой температуре выбирается в соответствии с упомянутыми нормативами. В продукты сгорания отходов практически не вносится балластных газов, благодаря двухстадийному сжиганию минимизируется содержание оксидов азота, примеси типа тяжелых металлов остекловываются в жидком шлаке в поду камеры с плазмообразующим разрядом, и они не выщелачиваются впоследствии грунтовыми водами. В системе очистки выхлопных газов может быть применена горячая очистка от газообразных окислов серы, хлора, фтора, фосфора, или обычная очистка, а также утилизировано тепло отходящих газов.The essence of the proposed technical solution is that the site of thermal destruction of toxic waste is made up of two sections. In the first section, or the conversion chamber, where waste and part of the oxidizer necessary for burning are introduced, a direct electric discharge is carried out in the working medium between the arc plasma-forming electrodes, one of which is a hearth with molten metal and slag, and the second arc electrode of any known type, which serves only for inputting current into the chamber. Due to the chemical energy of the partial oxidation of the organic components of the waste and the electrical power supplied in the arc discharge at high operating temperature, a gas mixture with a high content of CO and H _{2 is} obtained from combustible waste. The reducing atmosphere of the medium prevents the formation of nitrogen oxides. The process temperature is maintained at a level not lower than established by Russian and European standards for the burning of hazardous waste. The reaction gases then enter the next section, the afterburner, where the oxidizing agent, which is missing for complete combustion, is injected in thin streams. This process is identical to microflare burning, characterized by minimal generation of nitrogen oxides. The total exposure time at high temperature is selected in accordance with the mentioned standards. Ballast gases are practically not introduced into the waste products, thanks to two-stage combustion, the content of nitrogen oxides is minimized, impurities such as heavy metals are vitrified in liquid slag in the bottom of the chamber with a plasma-forming discharge, and they are not subsequently leached out by groundwater. In the exhaust gas purification system, hot purification from gaseous oxides of sulfur, chlorine, fluorine, phosphorus, or conventional purification can be applied, as well as the heat of the exhaust gases utilized.

Установка сжигания токсичных отходов содержит реакционную камеру, The toxic waste incinerator contains a reaction chamber,

состоящую из первой секции 1 и второй секции 2, в первой секции 1 установлены верхний дуговой электрод 3 и подовый электрод 4, подключенные к источнику электропитания 5, в первую секцию 1 через инжекторы 6 и 7 соответственно подаются из резервуаров 8 и 9 отходы и окислитель, и во вторую секцию 2 через инжектор 10 из резервуара 9 подается окислитель, секция 2 подключена к системам охлаждения и очистки газов 11.consisting of the first section 1 and the second section 2, in the first section 1 the upper arc electrode 3 and the hearth electrode 4 are connected to the power supply 5, in the first section 1 through the injectors 6 and 7, respectively, waste and oxidizer are supplied from the tanks 8 and 9, and in the second section 2 through the injector 10 from the reservoir 9 is supplied an oxidizer, section 2 is connected to the cooling and gas cleaning systems 11.

Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. В секцию 1 реакционной камеры, предварительно разогретой дуговым разрядом между электродами 3 и 4, подключенными к источнику электропитания 5, до рабочей температуры порядка и выше 1200°С, подаются токсичные отходы из резервуара 8 через инжектор 6, и одновременно в эту секцию из резервуара 9 через инжектор 7 подается окислитель в количестве ниже стехиометрического, тогда как дополнительный окислитель подается в секцию 2 реакционной камеры из резервуара 9 через инжектор 10 в количестве, обеспечивающем в сумме стехиометрическое соотношение для полного сгорания отходов, или несколько выше стехиометрического. Устройства ввода отходов 6 и окислителя 7 в секцию 1 реакционной камеры могут быть конструктивно выполнены в виде единого сопла-распылителя. В секции 1, выполняющей роль камеры конверсии, куда вводятся отходы и часть необходимого для сжигания окислителя, за счет химической энергии частичного окисления органических компонентов отходов и подводимой в дуговом разряде электрической мощности при высокой рабочей температуре из горючего сырья получается газовая смесь с высоким содержанием СО и Н₂. Восстановительная атмосфера среды препятствует образованию окислов азота. Реакционные газы затем поступают в секцию 2 реакционной камеры, выполняющую роль камеры дожигания за счет инжекции окислителя, недостающего для полного сжигания отходов. Затем реакционные газы поступают в системы 11 охлаждения и очистки, после чего выхлопные газы удаляются из установки либо непосредственно, либо используется дымосос.The proposed utility model works as follows. To section 1 of the reaction chamber, preheated by an arc discharge between the electrodes 3 and 4 connected to the power supply 5, to an operating temperature of the order of and above 1200 ° C, toxic waste from the reservoir 8 is fed through the injector 6, and simultaneously to this section from the reservoir 9 an oxidizer in an amount below stoichiometric is supplied through an injector 7, while an additional oxidizing agent is supplied to section 2 of the reaction chamber from a tank 9 through an injector 10 in an amount providing a total stoichiometric ratio for p lnogo waste combustion, or slightly above stoichiometric. The input device waste 6 and oxidizer 7 in section 1 of the reaction chamber can be structurally made in the form of a single nozzle-spray. In section 1, which plays the role of a conversion chamber, where waste and part of the oxidizer necessary for burning are introduced, due to the chemical energy of the partial oxidation of the organic components of the waste and the electric power supplied in the arc discharge at high operating temperature, a gas mixture with a high CO content is obtained from combustible raw materials and H ₂ . The reducing atmosphere of the medium prevents the formation of nitrogen oxides. The reaction gases then enter section 2 of the reaction chamber, which acts as the afterburner due to the injection of an oxidizing agent, which is insufficient for complete waste incineration. Then the reaction gases enter the cooling and purification systems 11, after which the exhaust gases are removed from the installation either directly or a smoke exhauster is used.

Claims

A toxic waste incinerator containing a reaction chamber, an electric arc heater with a power source, and an exhaust gas cooling and purification system, characterized in that the reaction chamber consists of two sections, the first section contains waste and oxidizer injectors and an electric arc heater made in the form of a hearth and upper arc electrodes, the second section contains an oxidizer injector.