RU94972U1 - Печь для непрерывной плавки материалов в шлаковом расплаве - Google Patents

Abstract

Разработана многозонная печь для непрерывной плавки хлорсодержащих твердых бытовых отходов (ТБО) и промышленных в шлаковом расплаве. Содержание хлора в отходах до 0,6% от массы ТБО. Отходы сжигают и плавят в барботирируемом расплаве при температуре 1350-1450°С, что позволяет избавиться от исходного и диссоцированного хлора, за счет эффективной промывки печного газа топочными газами, содержащими Н₂, СО, пары H₂O, возгоны и брызгоунос. Прогнозируемые выбросы токсичных диоксинов будут в 800 раз меньше Европейской нормы равной 0,1 нг/м³ (в трубе).

Степень сортировки отходов - любая. Желательно не производить сортировку отходов, а сохранять горючие фракции в ТБО, ликвидировать тяжелый, вредный, ручной труд, что позволяет избавиться от диоксиновой агрессии в товарах из ТБО.

Загрузка отходов минимальными порциями в разные места ванны позволяет стабилизировать процессы в печи.

Предусмотрен раздельный непрерывный выпуск продуктов сжигания и плавки: шлака, чугуна и шлаковой пены, которая обогащена коллоидами. Последние являются ценным сырьем.

Кессонированная шахта печи содержит прямоточные и фурменные кессоны испарительного охлаждения, которые безопасны в работе. Фурменные кессоны оснащены циклонными топками, которые сжигают природные газ и образуют горячее дутье, для барботирования жидкого шлака.

Шахта печи отделена от шатра, а в местах стыка установлены уплотнения. Весовые нагрузки шатра воспринимаются поперечными фермами моста, который передает их на колонны технологического пролета, что обеспечивает свободный доступ к кессонированной шахте, несущей циклонные топки, а также к системе загрузки печи, которая расположена по торцу печи над передним копильником шлака.

Печь отличается высокой надежностью и ремонтопригодностью, что позволяет работать непрерывно длительными компаниями с кратковременными остановками на ремонт продолжительностью не более 3-х часов по регламенту. Расход природного газа в печи составляет 5000 м³/ч.

Сочетание предлагаемой печи с последующими турбинным охлаждением газов и сухой пылеочистки газов позволит создать эффективный энергетический комплекс, который ликвидирует захоронение отходов, а вторичные отходы от переработки - возвратить в жидкую ванну.

Предлагаемая печь может использоваться при реконструкции старых заводов.

Description

Полезная модель относится к металлургическому производству, в частности к печам для переработки в жидкой ванне твердых бытовых отходов (ТБО).

Известна печь для плавки сульфидных материалов и обеднение шлаков в жидкой ванне, содержащая шахту с узлами загрузки шихты в ее своде, систему фурм, газоход, закрепленную на своде перегородку [1].

Недостатком указанной конструкции является то, что перегородка несет ограниченную функцию разделения газового пространства в печи для уменьшения пылевыноса из зоны загрузки, где еще не сгорели легкие фракции шихты. Наиболее близким к предлагаемому устройству является "Печь для непрерывной плавки материалов в шлаковом расплаве", по патенту RU 2061055:С1, которая принята, в качестве прототипа [2]. Эта печь содержит кессонированную шахту, закрепленные на ее своде перегородки, разделяющие шахту на камеры, узел загрузки шихты, циклонные генераторы сжигания, а перегородка у газохода снабжена обтекателем, в виде водоохлаждаемого короба, с возможностью его вертикального перемещения. Существенными недостатками прототипа являются:

1. В прототипе щелевой бункер 22 имеет высоту не менее 8 м (см. колонку 7, абзац 2). При такой огромной высоте щелевой бункер 22, с подпрессованными в мусоровозе отходами - не работоспособен. Степень подпрессовки отходов в мусоровозе составляет 1,5-3 раза (см. [4], стр.11). Такое решение только увеличивает сводообразование в бункере, поэтому оно не надежно на практике,

2. В существующих печах с жидкой ванной свод расположен выше барботируемого расплава <5 метров. Падение тяжелых фракций (ТБО) через сушильную камеру с высоты >8 м увеличивает скорость до 13 м/с, над расплавом при этом энергия разрушения пода возрастает в 169 раз, без учета сопротивления расплава.

3. Размещение системы загрузки над сводом затрудняет обслуживание печи и нарушает пожарную безопасность, при использовании регулируемого гидропривода для толкателей шихты.

4. Расположение циклонных топок за перегородкой приводит к настылеобразованиям у торцевой стенки печи, из-за отсутствия подвода тепла в зону падения шихты.

5. В прототипе массивная шатровая часть печи опирается на кессонированную шахту, поэтому замена кессонов шахты требует снятия кессонов шатра, в ряде случаев и пылевой камеры. Такой ремонт очень трудоемок и длителен - составляет несколько суток из-за охлаждения и разогрева печи.

В существующих шахтных печах шатер опирается на опорные колонны, расположенные рядом с кессонами.

Применение габаритных циклонных топок с соплами (Ф700 мм и длиной 2,5 м), при расстоянии между смежными топками в 2-2,4 м исключает использование опорных колон, ибо невозможно обслуживать фурменные кессоны и топки, а также места крепления, уплотнения и подвода исходных продуктов.

В условиях непрерывного поступления отходов на завод необходимо работать длительными компаниями с кратковременными остановками на ремонт по регламенту. Таким условиям не отвечает прототип.

6. В прототипе обтекатель (9), опущенный со свода и выполненный в виде охлаждаемого короба, снижает температуру печных газов, поэтому ванну расплава приходится перегревать. Непредсказуемый рост настылей на своде и, особенно на выходе из обтекателя (9), могут так изменить проходное сечение для газа, что заданный тяговый режим дымососа будет не способен эвакуировать газы из печи.

7. Отсутствует подвод тепла к технологическим зонам печи над расплавом до обтекателя (9).

8. В прототипе печь снабжена порогом (6) для непрерывного слива шлака и содержит обогреваемую камеру (31) для извлечения чугунного слитка (33) методом намораживания. Применение в печи двух принципиально разных устройств для вывода продуктов плавки не отвечает принципу унификации и усложняет конструкцию печи и ее эксплуатацию, а также снижает надежность комплекса.

9. Печь не отвечает условиям экологической безопасности, ибо отсутствуют средства нейтрализации NO_x и СО.

10. Окончательное дожигание и термическое разложение продуктов сгорания (ТБО) происходит в горловине шахты (10), газоходе и пылевой камере, где температура поддерживается в пределах 1400-1200°С. Протяженность этой зоны составляет более 18 метров (см. прототип, колонка 5, абзац 50). Такое решение является ошибочным, громоздким и не эффективным:

- температура газа перед рекуператором должна быть не выше 1000°С, ибо первый ряд труб быстро сгорит;

- после термического разложения и деструкции пластмасс должен быть предусмотрен синтез новых веществ, который не должен быть хаотичным, а управляемым;

- отсутствуют условия подогрева газа в зонах термического разложения;

- термическое разложение отходов должно быть в печи над расплавом и перед водоохлаждаемым коробом (9);

- по Европейским нормам термическое разложение при температуре 1200°С должно быть не менее 4-х секунд.

Технические результаты предлагаемой печи позволяют повысить эффективность процесса переработки хлорсодержащих твердых бытовых и промышленных отходов, а также получить продукты переработки отходов, обладающие новыми полезными свойствами.

Результаты достигаются тем, что многозонная печь содержит: ванну с кессонированной шахтой и торцевыми копильниками, а также систему загрузки печи, которая расположена над передним копильником, с возможностью подачи шихты минимальными порциями по ширине ванны, при периодическом сдвиге шихты со стола щелевого бункера. Шатер печи подвешен к поперечным фермам стационарного моста, который опирается на колоны пролета, где расположена технологическая линия Мусоросжигательного завода нового поколения (МСЗнп), которая работает непрерывно длительными компаниями с кратковременными остановками на ремонт по регламенту.

Существенными отличиями полезной модели являются:

1. Ванна печи содержит торцевые отсеки для копильников - продуктов плавки шлака, чугуна, а между отсеками расположена кессонированная шахта. Ванна печи выполнена в виде открытого сварного короба, который внутри укреплен рамой из швеллеров, приваренных плотным швом к опорному листу короба, который содержит горизонтальные полки по периметру прилегания к подовым кессонам, которые опираются на колонны фундамента для ванны печи, а ванна содержит футерованную подину и высокие борта, образующие боковые стенки, которые связаны отсеками, укрепляющие боковые стенки короба, с возможностью выхода отсеков за боковые стенки, образующие внешние ребра, к которым плотно крепятся водоохлаждаемые перегородки, опущенные в расплав, а передняя наклонная кессонированная перегородка, образующая копильник шлака, выполнена в виде наклонного склиза, содержащая гарнисаж из шихты, который создает упругую подушку, которая воспринимает возможные скользящие ударные нагрузки массивных фракций шихты и направляют их на металлическую подину, предохраняя ее от разрушения, между перегородками на горизонтальные полки короба установлены боковые кессоны, с возможностью прижатия кессонов к боковым стенкам короба, с помощью подводных упорных винтов, которые воспринимают распорные усилия от жидкой ванны, а между кессонами и перегородками устанавливаются продольные термические зазоры до 10 мм, которые тампонируются огнеупорной массой и скрепляются болтами, образуя прочную и плотную кессонированную шахту. В местах возможного прорыва расплава шлака дополнительно установлены съемные кессонированные уплотнительные балки, содержащие уплотнительные элементы типа «паз-шип», которые сжимают медную прокладку в пазу, с суммарным давлением в месте контакта, превосходящим максимальное давление (Р) жидкого шлака, равным:

Р=γ_среды×h,

где: максимальная плотность шлака=3200 кг/м³ и h - высота расплава над бортами короба; h=1,3 м, тогда давление:

Р=3200×1,3=4160 кг/м²=0,416 кг/см²<Р_доп=45 кг/см²

Допускаемое давление Р_доп на медную прокладку при 350°С составляет не более 45 кг/см (см. Вихман Ю.Л. - «Расчет и конструирование нефтезаводской аппаратуры», М-/1, 1953, стр.326, табл.60).

Таким образом, герметизация продольных стыков между кессонами и перегородками отвечает условиям безопасности.

2. Кессонированная шахта содержит прямоточные и фурменные кессоны испарительного охлаждения. Последние оснащены циклонными топками, а газовые струи от 2-х циклонных топок расположены друг против друга на одной геометрической оси, создают в жидкой ванне общий факел газожидкостного промывания (ГП), который барботирует расплав и создает на поверхности расплава поперечную волну, направленную в сторону горловины печи, а водоохлаждаемые сопла циклонных топок выступают внутрь кессонированной ванны на 300 мм, что позволяет удалить факел двухфазной среды от рабочих стенок кессонов, где господствуют только постоянные по величине и направлениям циркуляционные тепловые потоки. В результате открываются новые технические возможности использовать испарительное охлаждение в стальных кессонах шахты печи:

2.1. Отсутствуют локальные зоны перегрева шлака в ванне печи. В качестве дутья - используются горячие топочные газы - продукты сгорания природного газа в циклонных топках. Температура стенок стального кессона не более 1000°С, а температура плавления ст.20 составляет 1530°С.

2.2. Пульсирующие тепловые потоки от поверхностных волн расплава демпфируются шлаковой пеной, которая стекает и скапливается в лунках - пристенных областях кессонов, и является упругой подушкой, которая минимизирует тепловые потоки, и появление сетки разгара на границе раздела двухфазной среды и печного газа.

2.3. Создание главного замкнутого циркуляционного потока шлака в печи увеличивает выход чугуна, однако в ТБО содержится недостаточное количество черных металлов, чтобы организовать непрерывный слив чугуна из печи. Принято решение подшихтовывать шихту чугунной стружкой или мелким ломом с расходом более 0,5 т/ч. Как показала практика промышленные вагранки при дебете чугуна более 1,0 т/ч успешно непрерывно сливают чугун через открытую летку.

2.4. Консольная часть топки (около 2 м) поддерживается упругим регулируемым компенсатором, который снижает амплитуду собственных колебаний топки, а также упрощает демонтаж топки на печи.

2.5. Доставка бокового кессона и циклонной топки, с помощью подвесного монорельсового транспорта, в каждую зону печи позволяет поворачивать на крюке заменяемый кессон на 90°, при его монтаже между соседними кессонами. Установка на место нового кессона осуществляется с помощью подводных винтов.

3. Шатер печи весом около 50 т подвешен на поперечных фермах моста, которые опираются на колонны технологического пролета, где расположено оборудование линии МСЗнп. Этот пролет обслуживается мостовым краном. Поперечные фермы моста связаны продольными балками, образующее окно, для установки обечайки шатра, которая опирается с помощью подводных винтов, расположенных в опорных лапах каждого кессона, с возможностью замены кессона при ремонте шатра. Обечайка шатра прямоугольной формы с открытым днищем состоит из отдельных кессонов, которые образуют прямоугольный короб, к которому примыкает второй ряд кессонов, образующих пылеосадительую камеру с горловиной, к которой примыкает основной газоход. Кессоны шатра, стянутые болтами по периметру прилегания, образуют прочную и плотную обечайку, которая снизу охватывается кессонированной шахтой с зазором до 5 мм. Зазоры в местах прилегания томпонируются и уплотняются с помощью нажимного уголка. Боковой или торцевой водоохлаждаемый кессон шатра выполнен в виде замкнутого сварного короба, стенки которого укреплены шипами, которые удерживают гарнисаж от каплеуноса из печи. На грузовых поперечных балках моста снизу приварены монорельсовые балки, расположены по оси симметрии каждого кессона. Монорельс оборудован подвижными каретками с грузовыми съемными талями. Площадка для обслуживания шатра содержит снизу сварные лапы для фиксации кессонов ванны, с помощью подпружиненных винтов. Предлагаемая подвеска шатра избавляет кессонированную шахту печи от весовых нагрузок и деформации массивного шатра, а также сокращает сроки ремонтных работ по замене кессонов по регламенту до 3^х часов.

4. Создание однотипных устройств для раздельного и непрерывного вывода шлака и чугуна позволило увеличить вывод предельного чугуна и стабилизировать положение уровня шлака в кессонированной ванне, при условии минимизации объемного дозирования ТБО, поступающего в жидкую ванну большого объема. Передняя стенка копильника шлака содержит промежуточную летку, которая открывает возможность понижать уровень шлака в печи, для проведения работ по замене топки на новую, которая заранее прогрета на специальном стенде до 500°С. Для безопасного снятия топки на одной из зон печи необходимо выключить подачу природного газа в топках, расположенных на одной геометрической оси, образующих общий газопромыватель. Остальные могут работать на минимально допустимом режиме, обогревая вместе с горелками обтекателя зеркало остаточного объема шлака.

5. В технологических зонах печи между газовым обтекателем и барботируемым расплавом, где печные газы пересекаются восходящими топочными газами, увеличиваются массообменные процессы коагуляции и абсорбции не только на поверхности расплава, но и в шлаковой пене. Режим «холостого хода» печи наступает в случае, когда на технологической линии возникают необходимость провести продолжительные ремонтные работы, например на участке разгрузки мусоровозов или на участке от печи до дымососа. В этом случае прекращается подача отходов и прогретого воздуха в печь; открываются поворотные заслонки на входе и выходе из обводного газохода, закрывается шиберный затвор и перекрывается основной газоход. Однако ванна печи продолжает барботироваться топочными газами в режиме фьюмингования жидкой шлаковой ванны с получением возгонов летучих металлов, которые вместе с брызгоуносом и газами от горелок обтекателя выводятся из пылеосадительной камеры в кессонированный обводный газоход и поступают в мультициклоны, где газ очищается от следов SO₂, SO₃ и пыли, а затем поступает в дымосос и дымовую трубу. Таким образом, предлагаемая печь может работать непрерывно длительными компаниями с кратковременными простоями на ремонт по регламенту. Каждая теплосмена печи приводит неминуемо к трещинообразованиям. Фьюмингование шлаков в печи позволяет минимизировать количество теплосмен печи, что повышает термическую стойкость рабочих элементов, погруженных в расплав.

Режим «холостого хода» печи позволяет совместить процесс фьюмингования шлака с восстановительными ремонтными работами на технологической линии продолжительностью не более 3^х часов. Этого времени вполне достаточно, чтоб обеднить шлак в печи и одновременно получить экологически чистые продукты, обладающие новыми свойствами, ибо содержат коллоиды.

Режим «холостого хода» печи позволяет сократить количество теплосмен печи и повысить надежность работы энергетического комплекса «МСЗнп».

6. Газовые пузыри в шлаковой пене на поверхности барботируемого расплава являются гетерогенной системой, в которой действует очень сильное броуновское движение молекул, способствующее развитию процесса абсорбции высокодисперсных частиц размерами 10^-7-10^-9 [мкм], образуя коллоидные растворы - коллоиды ([3], стр.609, 1105).

Шлаковая пена, содержащая коллоиды, под действием кинетической энергии верхней ветви главного циркуляционного потока сливается по уклону в пристенную лунку и ударяется о шиберную задвижку, которая является волноломом (см. фиг.9, сечение К-К). В результате разрушения газовых пузырей увеличивается концентрация коллоидов в шлаке, который стекает по волнолому и попадает в центральное окно задней перегородки, которая плотно примыкает к стенке отсека с щелевым коллектором, который выводит обогащенный коллоидами шлак в стояки грануляторов. В стояках расплав шлака дегазируется, с помощью водокольцевого насоса, а затем обогащенный коллоидами шлак гранулируется и дробится холодными струями, образуя мутьевой поток, который в последнем отсеке гранулятора дополнительно флотируется, а пустая порода сливается из гранулятора в сгуститель, а тяжелые фракции, содержащие коллоиды из FeO и Fe₂O₃ и возгоны летучих металлов, в виде суспензии, оседают на дно флотатора и периодически удаляются в виде ценного сырья для наноиндустрии. Предлагаемое устройство для непрерывного вывода шлаковой пены обладают новизной и расширяет технические возможности многозонной печи, а также позволяет уменьшить выбросы в атмосферу высокодисперсных частиц, которые практически не улавливаются промышленными фильтрами и образуют опасные аэрозоли в окружающей среде.

7. Система загрузки печи содержит колошниковую площадку, которая размещена в начале печи над передним копильником шлака и опирается на колонны пролета, которые передают весовые нагрузки приемного щелевого бункера на фундамент в технологическом пролете, обеспечивая свободный доступ печи, а на колошниковой площадке установлен стол, который является днищем приемного щелевого бункера, в который поступают отходы из промежуточной воронки, оснащенной затвором, а над воронкой установлен весоизмерительный ленточный транспортер, соединяющий приемный бункер с наклонным транспортером, который расположен в закрытой эстакаде, а на столе бункера установлен плунжерный толкатель с верхней режущей кромкой для периодического сдвига шихты со стола, с возможностью получения минимальной порции отходов, а возвратно-поступательное перемещение толкателя по направляющим обеспечивается гидроцилиндром и регулируемым гидроприводом, с возможным накоплением отходов в бункере выше щели, в виде подушки из отходов, которая исключает сводообразование и препятствует подсосам воздуха в печь. А между щелевым бункером и передним окном шатра расположена соединительная камера, футерованная огнеупорами, образующая зону загрузки; на своде которой расположен коллектор подогретого воздуха и бункер со шнековым питателем для подшихтовки чугунной стружкой, и мелким ломом, а под днищем стола установлены щелевые горелки, поддерживающие температуру 1000°С в зоне загрузки, которые распыляют легкие фракции шихты над расплавом, а также совместно с восходящей ветвью главного циркуляционного потока шлака переносят их в зону сжигания. А тяжелая минеральная часть шихты, омываемая потоками шлака с температурой 1450-1500°С, стекает по гарнисажу передней перегородки и опускается на кессонированную часть подины, предохраняя ее от разрушения. Высота стола щелевого бункера над расплавом не более <2 м.

Предлагаемый способ переработки хлорсодержащих ТБО в шлаковом барботируемом расплаве по технологии «МСЗнп» отличается от процесса плавки металлургического сырья по способу Ванюкова с использованием холодного воздушного дутья, обогащенного кислородом до 70%.

Существенными отличиями многозонной печи «МСЗнп» являются:

- По технологии «МСЗнп» в качестве дутья используются горячие продукты сгорания природного газа в циклонных топках с регулируемым расходом подогретого воздуха до 200°С, при α=0,7-1,1, с возможностью получить температуру в жидкой ванне 1400-1600°С. В зависимости от коэффициента расхода воздуха, подаваемого в топку, можно получить избыток Н₂, СО, которые являются активными реагентами для связывания опасных галогенов, содержащихся в ТБО. Таким образом можно создать регулируемый синтез новых веществ: HCl; HF, которые затем нейтрализуются в абсорбере, а также получить возгоны металлов, обогащенные коллоидами.

- Каждая пара циклонных топок с соплами диаметром 150 мм, расположенные друг против друга на одной геометрической оси, образуют единый газопромыватель (ГП) технологической зоны, который дробит и барботирует шлак, образуя восходящий поток газовых пузырей, в виде двухфазной среды, содержащей Н₂; СО и пары Н₂О, возгоны металлов (за время подъема газового пузыря) и брызгоунос от разрыва крупных пузырей. Состав выходящих газов из расплава уточняется при шеф-пусках и является НОУ-ХАУ.

- Циклонные топки оснащены водоохлаждаемыми соплами, которые вынесены внутрь кессонированной шахты на 300-400 мм, с тем, чтобы факел газожидкостной струи не соприкасался с вертикальными стенками кессона, которые ошипованы для удержания гарнисажа.

Отсутствие локальных зон перегрева шлака позволило применить испарительное охлаждение боковых стенок ванны с получением энергетического пара высоких параметров.

- В кессонированной ванне печи создан главный замкнутый циркуляционный поток шлака, который поддерживается: движением печного газа к горловине печи (верхняя ветвь потока), а также закрученными потоками 2-х фазной среды в местах дробления шлака. Нижняя ветвь циркуляционного потока возвращает шлак в передний копильник, а основная масса шлака будет подниматься вверх по наклонной перегородке и замыкать главный циркуляционный поток шлака.

При возвращении шлака в передний копильник происходит гравитационное обеднение шлака - тяжелые фракции оксидов металлов оседают в слой чугуна, обогащая его коллоидами. Чугун, обогащенный коллоидами, обладает новыми ценными свойствами.

- Система загрузки печи содержит колошниковую площадку, которая размещена в начале печи над копильником шлака. Отходы на откосе щелевого бункера и столе подсушиваются и периодически сдвигаются толкателем со стола минимальными порциями. Легкие фракции отходов в полете отдуваются щелевыми горелками, расположенные под столом, и попадают в разные места расплава.

- Передняя наклонная стенка отсека копильника футерована, а со стороны кессонированной шахты стенка снабжена кессонированной наклонной перегородкой, которая погружена в расплав шлака и содержит гарнисаж на ошипованной поверхности, которая воспринимает скользящий удар тяжелых фракций ТБО и сжимает подушку из гарнисажа и уплотняет ее, с возможностью удержать тяжелую фракцию отходов на перегородке, где эта фракция будет интенсивно расплавляться, под действием восходящей ветви циркуляционного потока от циклонных топок.

- Циклонные топки установлены по фронту печи с шагом от 2 до 2,4 метра, поэтому на поверхности расплава образуются не сплошная подушка из шлаковой пены, а в местах наиболее интенсивного выхода факелов 2-х фазной среды возникают поперечные круговые волны, которые образуют поверхностные продольные бегущие волны, которые увеличивают массообменные процессы коагуляции и абсорбции между поверхностью расплава и газовым обтекателем в технологических зонах шахты печи.

- Разработан способ и устройство для вывода шлаковой пены из печи.

Под действием бегущей поверхностной волны шлаковая пена скапливается в лунке, которая образуется поворотом циркуляционного потока шлака у задней перегородки, опущенной в расплав.

Под действием энергии бегущей волны газовые пузыри, скопившиеся в лунке у задней перегородки, периодически разрушаются ударом волны о волнолом шиберного затвора, увеличивая концентрацию коллоидов у волнолома и стекают по шиберному затвору и попадают на подоконник щелевого коллектора, который раздает расплав по обе стороны печи. Расплав, обогащенный коллоидами, под действием разряжения в 300 мм водяного столба водокольцевого насоса сливаются и попадают в стояки грануляторов пены, где она дегазируются в полете, а затем гранулируются, образуя мутьевой поток. Последний подвергается в последнем отсеке флотации. Пустая порода шлака выводится с пеной из грануляторов в сгуститель, а тяжелая фракция суспензии оседает на дно, в виде оксидов и карбидов металлов и частиц FeO и Fe₂O₃, а также тугоплавки высокодисперсных частиц, образующих коллоиды.

Технологическая линия МСЗнп включает комплекс оборудования для термического обезвреживания твердых бытовых и промышленных отходов.

Аппаратурно-технологическая схема линии представлена на фиг.1, содержит:

1'. Участок разгрузки мусоровозов и подачи шихты к приемному щелевому бункеру печи, который содержит:

1.1'. Пластинчатый питатель типа ПП2-24-120 [5] стр.169, табл.5.5.

1.2'. Наклонный ленточный транспортер, расположенный на закрытой эстакаде, подающий отходы на колошниковую площадку.

1.3'. Поперечный транспортер-весоизмеритель, подающий отходы в воронку с затвором, расположенный над приемным щелевым бункером печи.

2'. Многозонную печь, с пылеосадительной камерой.

3'. Основной газоход печи.

4'. Ванну грануляции чугунной дроби.

5'. Котел-утилизатор для охлаждения газов с 950 до 500°С.

6'. Дымосос-смеситель - для турбинного охлаждения смеси газов от 500 до 200°С.

7'. Распылитель абсорбер с реактором сухой очистки газов.

8'. Электрофильтр.

9'. Дымосос.

10'. Батарея мультициклона.

11'. Дымовая труба.

12'. Поворотная заслонка.

13'. Обводной газоход для режима «холостого хода» печи.

14'. Устройство для вывода шлаковой пены из печи.

15'. Аварийная ванна для грануляции шлака.

Главным агрегатом технологической линии МСЗнп является многозонная печь с пылеосадительной камерой, представленной на фиг.2, где показан продольный разрез по оси симметрии печи. На фиг.3 показан поперечный разрез А-А на фиг.2 печи, где дано расположение печи в технологическом пролете комплекса МСЗнп.

На фиг.4 показан вид по стрелке «Л» на фиг.3, где показана барьерная гряда с опорными балками, в виде гребенки, которая предназначена для размещения упорных винтов и проводки боковых кессонов ванны через барьерную гряду.

На фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.2, где дан вид сверху на кессонированную ванну печи с копильниками, а также показаны устройства для удаления шлаковой пены и расположение поворотных желобов с ямами грануляции продуктов плавки.

На фиг.6 - вид по стрелке В на фиг.2, где показано расположение сливных устройств на переднем торце печи.

На фиг.7 - сечение Д-Д на фиг.2, где показаны уплотнительные устройства герметизации стыков кессонов и перегородок.

На фиг.8 - сечение Г-Г на фиг.2, где показаны уплотнение между кессонированной шахтой и обечайкой шатра, а также - часть центрального окна с шиберным затвором-волноломом.

На фиг.9 - сечение К-К на фиг.5, где показаны:

- стрелками движение шлаковой пены, содержащей коллоиды;

- расположение пристенной лунки, где концентрируются коллоидные растворы и разрушаются газовые пузыри о шиберную задвижку;

- устройство для вывода шлаковой пены в щелевой коллектор.

На фиг.10 - разрез по И-И на фиг.9, где показано устройство для дегазации и грануляции шлака, обогащенного коллоидами, и флотации мутьевого потока для отделения пустой породы от тяжелых фракций.

На фиг.11 - сечение Е-Е на фиг.3, где показана схема газовых потоков обтекателя, над барботируемой ванной в печи.

Предлагаемая многозонная печь с пылеосадительной камерой, представленная на фиг.2, содержит: ванну 1; подину 2 - футерованную огнеупорами; нижний прямоточный кессон 3 - шахты; нижний фурменный кессон 4 - шахты; кессонированная часть подины 5; циклонная топка 6 - с соплами; передняя наклонная перегородка 7 - водоохлаждаемая; опорную колонну 8; подовые кессоны 9; стенка переднего отсека 10; передний копильник 11 - для шлака; аварийная летка 12; аварийная ванна 13 - для грануляции шлака; поворотный желоб 14; окно 15 - для непрерывного слива шлака; гидроцилиндр 16 - для возвратно-поступательного перемещения толкателя; стол 17 - днище бункера; толкатель 18; щелевые горелки 19 - отдувки шихты; щелевой бункер 20 - для ТБО; воронка с затвором 21; поперечный ленточный транспортер 22 - расположенный на колошниковой площадке печи; коллектор подогретого воздуха 23 - для печи и топок; бункер 24 - со шнековым приводом для подачи подшихтовки печи чугунной стружкой и вторичными отходами; соединительная камера 25 - футерованная огнеупорами; свод шатра 26; боковой кессон шатра 27; щелевая горелка обтекателя 28; форсунка 29 - подачи карбамида с паром; обводной газоход 30 - печи; поворотная заслонка 31; пылеосадительная камера 32 - с шиберным затвором; горловина 33 - основного газохода печи; трубка 34 - подачи воздуха для дожигания СО; поперечная ферма 35 - моста подвески обечайки шатра в технологическом пролете печи; уплотнительный уголок 36 - с набивкой из огнеупорной массы; шиберный затвор 37 - волнолом, который регулирует проходное сечение центрального окна - для отсоса шлаковой пены, обогащенной коллоидами; горелка - 38 обогрева копильника чугуна; окно с трубкой 39 - для непрерывного слива чугуна; поворотный желоб 40; ванна 41 - грануляции чугуна; копильник чугуна 42; щелевой коллектор 43 - для вывода шлаковой пены, обогащенный коллоидами в стояки; стенка заднего отсека 44; соединительный канал 45; задняя перегородка 46 - водооохлаждаемая с направляющими для шиберного затвора; закрученный поток газожидкостной среды 47 - выходящий из топки; главный циркуляционный поток шлака 48 - в ванной печи (нижняя ветвь потока).

На фиг.3 (лист 2) показан разрез А-А технологического пролета: короб 49 - подины; балка монорельса - 50; подвижная каретка с грузоподъемной талью 51 - для транспортировки и монтажа кессонов и топок; опорная лапа 52 - бокового кессона шатра; площадка 53 - обслуживания бункеров и пылеосадительной камеры; упорный винт 54; магистраль подогретого воздуха 55 - с компенсатором и краном; опорная балка 56 - с гайкой; гряда 57 - железобетонная; шлаковый расплав 58 - в кессонированной ванне; подводная опора 59.

На фиг.5, 6, 7 (лист 3) дано: промежуточная летка 60; гранулятор шлаковой пены 61 - обогащенной коллоидами; водокольцевой насос 62; стояк 63 - гранулятора; уплотнительная балка 64; винт нажимной 65; опорная планка 66; канал 67 - водяного охлаждения; пробка 68 - из шлака; прокладка медная 69.

На фиг.8, 9, 10, 11 дано: рым-болт 70 - для транспортировки нижнего кессона; шип 71 - кессона шатра; верхняя кромка окна 72 - в задней перегородке; подоконник 73 - криволинейный; поперечная волна 74 - расплава; пристенная лунка 75 - обогащенная коллоидами; винт 76 - подъема шиберного затвора; сопло 77 - гранулятора; трубка 78 - подачи воздуха во флотатор; мутьевой поток 79.

Предлагается следующий технологический режим. Содержание хлора в отходах до 0,6% от массы отходов. Отходы из мусоровозов или контейнеров выгружают на пластинчатый питатель 1.1' типа ПП2-24-120 [4] стр.167, табл.5.5., где удаляются габаритные отходы. Над разгрузочной частью питателя располагается ограничительный упор, предназначенный для регулирования интенсивности подачи ТБО на наклонный ленточный транспортер 1.2', который расположен в закрытой эстакаде и поднимает отходы на уровень колошниковой площадки, где расположен поперечный ленточный транспортер 1.3' - весоизмеритель, который выгружает отходы в воронку 21 с затвором, расположенной под приемным щелевым бункером 20 - печи (фиг.2). Отходы загружают в бункер на предыдущую порцию шихты, которая является затвором от подсосов воздуха в печь. Отходы на откосе щелевого бункера 20 и столе 17 подсушивают и периодически сбрасывают минимальными порциями в ванну, с помощью толкателя 18, который непрерывно совершает возвратно-поступательное перемещение от гидроцилиндра 16 с регулируемым гидроприводом. Скорость рабочего и обратного хода толкателя определяется в зависимости от заданной производительности сжигания и устанавливается при шеф-пусках. Под столом 17 установлены щелевые горелки 19, которые поддерживают температуру около 1000°С в зоне загрузки и обдувают легкие фракции ТБО над расплавом шлака, ускоряя усвоение отходов расплавом, который переносит отходы в зону сжигания с помощью верхней ветви замкнутого циркуляционного потока 48 шлака. В зоне сжигания и плавки отходов установлены газопромыватели ГП1 и ГП2, создающие температуру 1350-1400°С. Каждая технологическая зона печи является открытым прямоточным реактором, в котором между газовым обтекателем и барботируемым расплавом происходят химические превращения. Между ГП2-ГП3 в зоне термического разложения происходит разрушение продуктов сгорания и деструкция пластмасс до молекулярного состояния. В зонах промывки печных газов в ГП3-ГП5 с помощью топочных газов, несущих избыточный Н₂ и СО, пары Н₂О, возгоны летучих металлов и брызгоуноса, синтезируются новые вещества.

За счет эффективной промывки печных газов в газопромывателях ГП3-ГП4-ГП5 удается почти полностью уничтожить исходный и диссоциированный хлор избыточным водородом по тракту до дымососа-смесителя. С помощью турбинного охлаждения газов в дымососе-смесителе 6' за время 0,16 сек. не возникают вторичные токсичные диоксины и фураны, ибо скорость охлаждения печного газа в 2 раза больше скорости возникновения токсичных диоксинов. Непрерывный раздельный вывод продуктов плавки: шлака и чугуна, в сочетании с минимальным объемным дозированием шихты, подаваемой в ванну, позволил стабилизировать уровень расплава в печи и создать устройство для непрерывного вывода шлаковой пены в рабочем режиме. С целью повышения надежности работы комплекса МСЗнп и сокращения количества техносмен печи, связанных с большими простоями оборудования, разработан режим «холостого хода» печи. В этом режиме производится фьюмингование жидкого шлака, накопленного в кессонированной шахте емкостью около 63 т. Продолжительность фьюмингования шлака в многозонной печи составляет 3 ч. по регламенту, что соответствует максимальному времени технического простоя энергетического комплекса МСЗнп-15.

Такой режим фьюмингования подтверждается результатами работы шлаковозгоночной печи завода «Рязцветмет» [6] стр.75-77. В результате энергетический комплекс МСЗнп-15 может работать длительными компаниями с кратковременными остановками на ремонт по регламенту.

Организация вывода шлаковой пены из печи, которая адсорбирует высокодисперсные частицы размерами 10^-7-10^-9 мкм, образуя коллоидные растворы-коллоиды, позволяет очистить печной газ от опасных высокодисперсных частиц. Промышленные фильтры не способны улавливать эти опасные частицы, которые образуют в атмосфере аэрозоли. Предлагаемое устройство для вывода шлаковой пены, обогащенной коллоидами, открывает возможности получить ценные продукты - сырье для наноиндустрии, а также улучшить состояние окружающей среды. В результате шлак, чугун и тяжелые фракции после флотации, обогащенные коллоидами, будут обладать новыми ценными свойствами.

Примером конкретного выполнения является многозонная печь МСЗнп-15 производительностью сжигания ТБО~15 т/ч.

Выход товарной продукции из печи:

1. Гранулированных шлаков 3,6 т/ч. - сырья стройиндустрии.

2. Чугунной дроби 1,0 т/ч. - легированной цветными металлами из отходов.

3. Энергетический пар, с температурой 300°С, и давлением 16 кг/см² - получение сетевой электроэнергии.

4. Горячей воды с температурой 50°С - для нужд инфраструктуры.

5. Суспензии, содержащей экологически чистые высокодисперсные частицы из возгонов металлов для нужд наноиндустрии, с дебетом от 3-10 кг/ч.

Степень сортировки ТБО - любая. Желательно не сортировать отходы, а горючие фракции сохранить в шихте, что позволит уменьшить расход топлива, устранить применение тяжелого, вредного, ручного труда при сортировке, а также ликвидировать миграцию суперэкотоксикантов в товарах из отходов, что позволит уменьшить диоксиновую агрессию в регионах. Целесообразно использовать печь МСЗнп-15 при реконструкции старых заводов.

На основе модуля печи МСЗнп-15 могут создаваться мощные печи производительностью 30-45 т/ч. Комплекс МСЗнп-30 содержит общую печь производительностью сжигания 30 т/ч и два параллельно расположенных участка тепло-газоочистки по 15 т/ч.

Внедрение печи МСЗнп-15 позволит успешно решать глобальные проблемы:

- экологической безопасности окружающей среды;

- ликвидации полигонного захоронения отходов;

- обезвреживания особо опасных биологических отходов;

- ликвидации диоксиновой агрессии в регионах;

- снижения радиоактивного фона в продуктах сжигания и плавки;

- получения суспензии, содержащей высокодисперсные частицы из возгонов и карбидов металлов для нужд наноиндустрии;

- ликвидации химического оружия (снарядов), поднятого со дна Балтийского моря.

С целью экономии средств и сокращения сроков внедрения завода МСЗнп-15 необходимо создать испытательный участок для отработки технологии сжигания и плавки в предлагаемой печи. Этот участок разместить рядом с мусоросжигательным заводом, чтобы передать печные газы в действующую систему тепло-газоочистки. После успешных испытаний доукомплектовать этот участок, превратив его в действующую технологическую линию.

По экспертным оценкам возможный ущерб от диоксиновой агрессии в регионах составит не менее нескольких десятков триллионов рублей (см. федеральную целевую программу «Защита окружающей природной среды и населения от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов на 1996-1997 гг.», паспорт лист 5, п.2, последний абзац).

Прогнозируемые расчетные выбросы вредных веществ и компьютерный расчет полей концентраций их в атмосфере показали, что в 22-х основных контролируемых загрязняющих веществах и их суммаций, выбросы будут значительно ниже ПДК (России). Выбросы неконтролируемых сверхтоксичных диоксинов и фуранов будут в 800 раз меньше Европейской нормы (равной 0,1 нг./м³ - в трубе), принятой в России.

Себестоимость переработки ТБО по технологии МСЗнп-15 составит 30 долларов на тонну отходов для региона Москвы (стоимость доллара - 28,9 руб. на 01.05.2004 г.).

Годовая прибыль МСЗнп-15 составит 8,5 миллионов долларов (США) для Москвы, где стоимость ТБО будет больше 1300 руб/т.

Для бедных регионов России годовая прибыль МСЗнп-15 составит 4,5 миллионов долларов, при стоимости ТБО - 600 руб/т.

Бездотационная технология МСЗнп-15 может использоваться при сжигании отходов в отраслях: медицины, обороны, металлургии, коммунальных служб регионов.

Предлагаемая полезная модель печи для непрерывной плавки материалов в шлаковом расплаве подается одновременно со способом для непрерывной плавки материалов в шлаковом расплаве.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №813102, кл F27B 3/00.

2. Патент RU-№2061055-С1; Печь для непрерывной плавки материалов в шлаковом расплаве.

3. Советский энциклопедический словарь, М, 1981 г., стр.609, 1105.

4. Справочник. Санитарная очистка и уборка населенных мест, М, Стройиздат, 1990 г., стр.11, табл.1, 6, стр.167, табл.5.5, стр.169.

5. Патент RU 2059888-C1. Дымосос (дымосос-смеситель для турбинного охлаждения дымовых газов).

6. Чижов Д.И., Гречко А.В. Отопительно-дутьевые устройства на природном газе в пирометаллургии, М, Металлургия, 1968 г., стр.69, табл.4; стр.75-77.

Claims (7)

1. Печь для непрерывной плавки материалов в шлаковом расплаве, содержащая кессонированную шахту, оснащенную циклонными топками, узел загрузки шихты, свод, перегородки и пылесосадительную камеру с горловиной, отличающаяся тем, что печь снабжена ванной с торцевыми отсеками для копильников, между которыми расположена кессонированная шахта, к которой плотно примыкает шатер, подвешенный к поперечным фермам моста в технологическом пролете, с возможностью эвакуации газов, а система загрузки печи размещается по торцу печи над передним копильником с возможностью предотвратить разрушение пода печи при загрузке отходов, а ванна печи выполнена в виде сварного короба с футерованной подиной и высокими бортами, которые внутри укреплены рамой из швеллеров, а опорный лист короба содержит горизонтальные полки по периметру пролегания к подовым кессонам, которые опираются на колонны фундамента для ванны, а отсеки, укрепляющие боковые стенки короба, выступают и образуют внешние ребра, к которым плотно крепятся водоохлаждаемые перегородки, опущенные в расплав, а передняя наклонная перегородка, образующая копильник шлака, выполнена в виде наклонного склиза, покрытого гарнисажем, который создает подушку, которая воспринимает возможные скользящие ударные нагрузки массивных фракций шихты и направляет их на металлическую часть подины, а между перегородками на горизонтальные полки короба установлены боковые кессоны испарительного охлаждения с возможностью прижатия кессонов к боковым стенкам короба с помощью подводных упорных винтов, которые воспринимают распорные усилия от жидкой ванны и передают их на упорные балки гряды, а между кессонами и перегородками устанавливаются термические зазоры, которые тампонируются и скрепляются болтами, образуя прочую и плотную кессонированную шахту ванны.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что кессонированная шахта содержит боковые фурменные и прямоточные кессоны испарительного охлаждения, которые опираются на горизонтальные полки короба, а между кессонами и перегородками установлены термические зазоры до 10 мм, которые снаружи тампонируются и стягиваются болтами, образуя прочную шахту, а места продольных стыков дополнительно уплотняются с помощью кессонированной балки, которая сжимает ребрами медные прокладки в пазу с усилием предварительной затяжки, а фурменный кессон содержит циклонную топку с водоохлажденным соплом, которое выступает на 300 мм внутрь кессонированной шахты, с возможностью удаления факела газожидкостной струи от рабочих стенок кессона, а в пристенных областях на поверхности расплава факел образует лунку, в которую сливается шлаковая пена, которая выравнивает тепловые потоки, которые воспринимаются гарнисажем; а консольная часть топки поддерживается регулируемым по высоте компенсатором, который соединяет фланец топки с магистралью подогретого воздуха, а подводные упорные винты железобетонной гряды расположены вдоль ванны и отстоят от печи на расстояние, достаточное для разворота кессона на 90°, с возможностью удаления кессона через барьерную гряду, снабженную упорными балками, в виде гребенки, а в кессонированной ванне образуется замкнутый циркуляционный поток, верхняя ветвь которого на поверхности расплава поддерживается движением печного газа к горловине, а нижняя ветвь циркуляционного потока шлака создается закрученными потоками газожидкостной среды, выходящей из сопел циклонных топок, которая образует противоток жидкому чугуну, возвращающему шлак в переднюю часть печи, увеличивая выход тяжелых металлов и коллоидов в чугун, в результате жидкий чугун после непрерывного слива и грануляции будет обладать новыми ценными свойствами.

3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что шатер печи, выполненный вместе с пылеосадительной камерой, подвешен к поперечным фермам, которые опираются на колонны пролета, а подвесной шатер содержит сварные кессоны водяного охлаждения, скрепленные болтами, которые образуют прочный и плотный короб с открытым днищем и торцевым передним окном для приема газов из открытой части ванны, а каждый боковой кессон шатра содержит шипы для сохранения гарнисажа, а также содержит опорные лапы с подводными винтами для замены кессона и выверки кессона в местах уплотнительных устройств с кессонированной шахтой, а на грузовых поперечных балках снизу для каждого кессона приварены две лапы, содержащие подпружинные винты, фиксирующие положение кессона в шахте, а снизу по оси каждого кессона закреплены на грузовых балках монорельсовые балки, несущие подвижные каретки, оборудованные грузоподъемными талями, с помощью которых транспортируются топки, боковые кессоны, которые перед бетонной грядой разворачиваются на 90° и боком подаются к погрузчику; а верхняя часть шатра закрывается сводовыми плитами из жаростойкого бетона, а на своде пылеосадительной камеры установлены: шиберный затвор, перекрывающий горловину основного газохода в режиме «холостого хода печи», а также выполнено окно для обводного газохода, которое содержит батарею мультициклона и поворотные заслонки.

4. Печь по п.1, отличающаяся тем, что торцевые копильники футерованы огнеупорами, содержит окна с порогами для непрерывного слива продуктов плавки: шлака и чугуна в поворотные желоба, установленные на кронштейнах торцевых стенок копильников, которые распределяют продукты грануляции поперек ванны с возможностью извлекать охлажденный продукт из водяной ванны, свободной от непрерывной струи расплава, а передняя стенка копильника шлака содержит промежуточную и аварийную летки, расположенные ниже поворотного желоба, а непрерывный выход чугуна из печи по принципу "дифманометра" наступает при достижении уровня чугуна выше верхней кромки соединительного канала, который связывает ванну с копильником чугуна, из которого вначале сливается шлак, а затем непрерывно выводится чугун с дебетом более 1 т/ч.

5. Печь по п.1, отличающаяся тем, что содержит газовый обтекатель, расположенный под сводом шатра до горловины пылеосадительной камеры, а на боковых сторонах шатра в шахматном порядке установлены щелевые горелки обтекателя, которые образуют газовую завесу, защищая свод шатра от настылеобразований, и обогревают технологические зоны печи, а также прижимают печные газы к расплаву, а на своде пылеосадительной камеры установлен охлаждаемый шибер с приводом с возможностью закрыть основной газоход в режиме «холостого хода печи», а также на своде расположено окно для обводного газохода, соединяющее пылеосадительную камеру с мультициклонами к дымососу и трубе, а на входе и выходе из обводного газохода установлены поворотные заслонки.

6. Печь по п.1, отличающаяся тем, что задняя перегородка копильника чугуна, установленная на расстоянии 1,5 м от последнего газопромывателя в печи, содержит шиберную задвижку, которая опущена в шлаковую пену и является регулируемым по высоте волноломом, который разрушает газовые пузыри и увеличивает в пристенной лунке у задней перегородки концентрацию коллоидов в шлаке, который стекает по шиберной задвижке и попадает на подоконник центрального, затопленного окна с входной нижней кромкой, направляющей поток обогащенного шлака в центральное окно задней перегородки, которая плотно прилегает к стенке отсека с щелевым коллектором, расположенным внутри обогреваемого копильника чугуна, с возможностью вывода шлака в вытяжные стояки, расположенные вне печи, где шлак дегазируется под действием разряжения до 300 мм водяного столба с помощью водокольцевого насоса, расположенного над уровнем воды в закрытом грануляторе, с возможностью охлаждения отсасываемых газов в водокольцевой среде насоса с последующим сбросом суспензии в гранулятор, а дробление и охлаждение коллоидов и шлака производится холодными струями, которые создают мутьевой поток с одновременной конденсацией паров в объеме водяной ванны гранулятора, а затем мутьевой поток флотируется в последнем отсеке гранулятора с выводом пустой породы из силикатов, фосфатов, карбонатов и алюмосиликатов, а тяжелые фракции суспензии из коллоидов, возгонов металлов и частиц FeO и Fe₂O₃ оседают на дно и периодически удаляются, и используются в виде сырья для наноиндустрии.

7. Печь по п.1, отличающаяся тем, что система загрузки печи содержит колошниковую площадку, которая размещена в начале печи над копильником шлака и опирается на колонны технологического пролета, которые обеспечивают свободный доступ к ванне печи и аварийной яме, а на площадке установлен стол, который является днищем приемного щелевого бункера, в который поступают отходы от весоизмерительного ленточного транспортера с воронкой и затвором, а на дне приемного щелевого бункера расположен плунжерный толкатель с верхней режущей кромкой для периодического сдвига шихты со стола, а возвратно-поступательное перемещение толкателя по направляющим обеспечивается гидроцилиндром с возможностью накопления отходов в бункере выше щели в виде подушки из отходов, которая исключает сводообразование и препятствует подсосам воздуха в печь; а между щелевым бункером и передним окном шатра расположена соединительная камера, футерованная огнеупорами, образующая зону загрузки печи, а под днищем стола установлены щелевые горелки, поддерживающие температуру в зоне, которые распыляют легкие фракции шихты над расплавом.