WO2011162632A1 - Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов и агрегат для его осуществления - Google Patents

Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов и агрегат для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2011162632A1
WO2011162632A1 PCT/RU2010/000347 RU2010000347W WO2011162632A1 WO 2011162632 A1 WO2011162632 A1 WO 2011162632A1 RU 2010000347 W RU2010000347 W RU 2010000347W WO 2011162632 A1 WO2011162632 A1 WO 2011162632A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waste
slag
melting chamber
chamber
municipal
Prior art date
Application number
PCT/RU2010/000347
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Анатолий Анатольевич ГОЛУБЕВ
Юрий Александрович ГУДИМ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов"
Priority to PCT/RU2010/000347 priority Critical patent/WO2011162632A1/ru
Priority to EP10853754.9A priority patent/EP2587145B1/en
Publication of WO2011162632A1 publication Critical patent/WO2011162632A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/04—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment drying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/085—High-temperature heating means, e.g. plasma, for partly melting the waste
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/14—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion
    • F23G5/16—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion in a separate combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/44—Details; Accessories
    • F23G5/46—Recuperation of heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/50—Control or safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/02—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces of single-chamber fixed-hearth type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2206/00—Waste heat recuperation
    • F23G2206/20—Waste heat recuperation using the heat in association with another installation
    • F23G2206/203—Waste heat recuperation using the heat in association with another installation with a power/heat generating installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00—Control
    • F23G2207/10—Arrangement of sensing devices
    • F23G2207/112—Arrangement of sensing devices for waste supply flowrate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00—Control
    • F23G2207/20—Waste supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00—Control
    • F23G2207/30—Oxidant supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00—Control
    • F23G2207/60—Additives supply
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste

Definitions

  • the invention relates to metallurgy and thermal power engineering, and can be used for the processing of municipal solid waste (MSW), medical waste, and some solid industrial industrial waste.
  • MSW most efficient and highly efficient way of processing MSW is to burn them.
  • MSW When burning MSW, a large amount of heat is consumed, which is used to generate electricity, and a relatively small amount of toxic processed products is generated: ash and dust.
  • MSW incineration is greatly complicated due to the low average calorific value of wet waste and a large number of non-combustible components: glass, bones, metal, construction waste, etc.
  • Waste incineration at low temperatures leads to the production of solid ash from inorganic components, which has a significant specific surface area and contains a large number of harmful substances, which are easily washed out during storage by atmospheric and soil moisture. Such ash is stored at special landfills.
  • Dust (“fly ash”) captured in gas treatment plants contains many heavy metals, dioxins, furans and other harmful substances. Such dust should be disposed of in specialized storage facilities.
  • Known methods of processing waste which partially eliminate the difficulties described above, arising from the incineration of waste [1-5]. It is proposed to burn MSW in a layer of liquid slag or in a slag melt, with a temperature of 1400 to 1500 ° C and feeding them into the melt, blowing the melt to mix the MSW with oxygen-containing gas [1,2].
  • the known method [5] including drying and heating of MSW on the grate, directly in the gas space above the slag melt, with an additional supply of heated air above the waste layer.
  • the projection of the area of the waste layer onto a plane located at the level of the melt surface is completely or partially located outside the surface of the slag melt.
  • the slag melt is purged with hot products of the combustion of hydrocarbon fuels. Above the surface of the molten slag bath, air heated to 500-600 ° C is supplied.
  • Additives to the slag of substances containing calcium oxide or calcium sulfide although they reduce the melting point of the slag, lead to the production of slags that are exposed to atmospheric and soil moisture, unsuitable for use in construction.
  • the known methods do not allow to utilize the dust captured in the gas purification, frequent stopping of the proposed combustion units due to intensive destruction of the lining due to chemical corrosion is possible, as a whole they do not allow for an efficient continuous waste-free processing of MSW.
  • the combustion of organic components of MSW is performed on the surface of molten slag superheated up to 1500-1600 ° C, obtained from the mineral components of the waste and added simultaneously with MSW of fluxes, in an atmosphere of oxygen injected by combined tuyere burners with supersonic speed in the melting chamber, a casing which is cooled by a liquid metal coolant installed at the mouth of the energy boiler, which is used to recover the heat of the exhaust gases, with drying of municipal solid waste to 5-12% luminescence before feeding the charge chamber of the melting chamber in a conveyor device covered with a sealed casing, gaseous nitrogen heated to 150 ° C, heat accumulated by the liquid metal coolant while cooling the casing of the melting chamber.
  • the dust trapped in the gas treatment system of the MSW processing unit is injected into the slag melt in the melting chamber by injectors, melted and assimilated by the slag.
  • the composition and properties of the slag obtained during the processing of MSW are corrected by the addition of technogenic waste from ferrous and non-ferrous metallurgy and the ash of thermal power plants introduced into the melting chamber simultaneously with MSW.
  • a known unit [7] for the continuous processing of materials containing iron oxides (patent RU 2344179), selected by the applicant as the closest analogue of the unit for non-waste thermal processing of MSW.
  • the melting chamber is equipped with installed 0.3-0.8 m above the maximum level of slag
  • the chamber is equipped with injectors located 0.10-0.40 m above the maximum level of the recovered metal melt with injectors located for the conveyor loading of charge materials and the selection of process gases
  • the chamber has a common opening located above the level of slag melt in the side generatrix of the casing, in the heat exchangers of the cooling circuit for cooling the metal Nitrogen is used as a coolant, which is then used for injection of carbon-containing materials and dust into injections into the slag melt and blown into the melt through porous plugs installed in the lining of the lining,
  • the melting chamber has a common opening; when loading dried municipal solid waste having a low density (less than 1 kg / mZ) into the melting chamber, hot process gases coming out of it at high speed will be carried to a recovery boiler a large amount of waste, as a result of which the boiler may fail;
  • the residence time of a significant amount of these gases at high temperatures can be less than 2-3 seconds, which does not guarantee 100% the absence of dioxins and furans in the gases emitted into the atmosphere ;
  • the loading device for feeding municipal solid waste into the melting chamber is not sealed, which can lead to uncontrolled emissions into the atmosphere;
  • the proposed method and assembly of non-waste thermal processing of solid municipal waste solves the problem of increasing the efficiency of non-waste processing of waste and environmentally friendly disposal.
  • the proposed unit for non-waste thermal processing of solid municipal waste additionally solves the problem of improving the design of the device for continuous processing of the charge, increasing its productivity and improving the technical and economic indicators of its operation.
  • the technical result of the proposed method and unit for its implementation is to eliminate the disadvantages of the closest analogues, namely:
  • oxygen for the oxidation of organic components of municipal solid waste is blown into the working space of the melting chamber in the amount of 250-390 nm3 / t of dry waste with combined tuyeres.
  • the fluxes necessary to adjust the composition and properties of the slag are loaded into the melting chamber together with municipal solid waste in an amount of 10-20% by weight of dry waste.
  • the unit for non-waste thermal processing of solid municipal waste containing a melting chamber with a cooling system for the housing with a liquid metal coolant, combined lance burners and injectors for blowing dust in the walls, devices for discharging excess slag and metal according to the second invention, it additionally contains a rotary kiln for drying waste and a sealed mechanism for the metered loading of dry waste into the melting chamber connected to it through h loading hole, in the end wall of the chamber there is a hole with a cooled nozzle for the selection and supply of hot exhaust gas to the recovery boiler, in the side wall of the melting chamber there is an outlet for draining slag with a device for maintaining a constant amount of slag in the melting chamber while continuously draining excess slag from the chamber, the cooling system of the melting chamber body with a liquid metal coolant is connected to a rotary kiln for drying municipal solid waste to supply nitrogen heated to 200-300 ° C.
  • the hole for loading solid municipal waste and fluxes into the melting chamber is located in the opposite gas opening for the gas sampling part of the melting chamber in the end or side wall of the housing.
  • the diameter of the hole with a cooled pipe for the selection and supply of hot exhaust process gases to the recovery boiler is 0.5-2.0 m.
  • Drying of municipal solid waste in a rotary kiln with nitrogen gas heated to 200-300 ° C by heat given by a liquid metal carrier in the secondary cooling system of the melting chamber provides a higher drying process speed, lower moisture content in the waste, and an increase in productivity of the rotary kiln and the entire unit as a whole , as well as the possibility of a more complete beneficial use of heat removed from the body of the melting chamber, a decrease in total heat loss and, accordingly, an increase in the efficiency of agr Egate.
  • Maintaining the temperature of the gas phase above the slag in the free space of the melting chamber within 1800-1900 ° C also contributes to very fast heating of the loaded waste, in addition, this temperature contributes to the destruction (decomposition) of those harmful substances, including dioxins and furans, which were already in the loaded waste.
  • the removal of exhaust process gases from the melting chamber to the recovery boiler through an opening in the chamber end wall provided with a cooled pipe ensures a reduction in dust removal from the unit and an increase in the residence time of heated process gases at high temperatures, respectively, guaranteeing the destruction (decomposition) of dioxins and furans accidentally into the working space of the camera.
  • Maintaining the rate of continuous discharge of excess slag from the chamber to a level that ensures that a constant amount of slag is present in the melting chamber provides the necessary quick heating of the waste loaded into the chamber and a high rate of oxidation of the organic components of the waste and the melting of the mineral components of the waste. Accordingly, in this case, the productivity of the process increases and the efficiency of the unit increases.
  • the loading of fluxes necessary for adjusting the composition and properties of slag along with solid municipal waste in an amount of 10-20% by weight of dry waste ensures that slag is obtained in the working space of the melting chamber, which in composition and properties is necessary for the normal functioning of the unit and suitable for a person and the environment environments for the use of slag in construction.
  • the location of the hole for loading solid municipal waste and fluxes into the melting chamber in the opposite gas sampling opening of the part of the melting chamber provides less dust and eliminates the possibility of raising the constituent waste from the chamber to the recovery boiler.
  • the hermetic mechanism for the dosed loading of solid municipal waste into the melting chamber provides quick heating of the loaded waste in the temperature range 180-600 ° C, eliminates the possibility of the formation of dioxins and furans in this temperature range and prevents fugitive emissions of dust and gases into the atmosphere.
  • the device which is equipped with an outlet for draining slag, ensures the presence of a constant amount of slag in the melting chamber while continuously draining excess slag and ensures fast heating of the loaded waste, as well as their quick burning.
  • connection of the secondary cooling system of the melting chamber directly with the rotary kiln for drying municipal solid waste to supply nitrogen heated to 200-300 ° C provides for quick and deep drying of wet waste and an increase in unit productivity.
  • Figure 1 shows the technological scheme of non-waste thermal processing of municipal solid waste (type AA of the unit for non-waste thermal processing of municipal solid waste).
  • Figure 2 shows the unit for non-waste thermal processing of municipal solid waste (top view).
  • Figure 3 shows a cross section of the unit for waste-free thermal processing of municipal solid waste (type BB).
  • the method of waste-free thermal processing of municipal solid waste is carried out in the following way.
  • the combined tuyeres 4 are switched to the oxygen tuyere operating mode and the sealed dosed loading mechanism 2 is used to load the dried waste at a predetermined speed into the melting chamber 3 on the surface of the superheated slag melt.
  • the organic components of municipal solid waste in an oxygen atmosphere quickly oxidize, a large amount of heat is released, the mineral components of solid municipal waste melt and enter the slag, the temperature of the slag rises to 1500-1650 ° C, the temperature of the gas phase above the slag in the free space of the melting chamber 3 rises to 1800-1900 ° C.
  • Waste process gases through an opening 6 with a cooled pipe 7 in the end wall of the chamber 3 enter the waste heat boiler (not indicated in the figure), where they are burned up, and the heat of the gases is used to produce high-quality steam used to generate electricity.
  • the waste heat boiler not indicated in the figure
  • excess slag is continuously drained from the melting chamber 3, while the apparatus 14 maintains a slag discharge speed that provides a constant amount of slag in the melting chamber 3.
  • the flow of oxygen injected by the combined burner-tuyeres 4 into the working space of the chamber 3 for the oxidation of organic components of the waste is maintained at 250-390 nm3 / t of dry waste.
  • fluxes are loaded into the melting chamber 3 in an amount of 10-20% by weight of dry waste.
  • the metal accumulated on the bottom of the melting chamber 3 is periodically released from it through a notch 12 provided with a locking device (not shown in the drawing).
  • the apparatus for non-waste thermal processing of solid municipal waste contains a melting chamber 3 with a housing 5 cooled by a liquid metal coolant, in the working space of which municipal solid waste is processed and slag melt, as well as a certain amount of liquid metal obtained from the metal components of the waste, are in the lined bath 8.
  • the working space of the melting chamber 3 is bounded by a hollow metal casing 5, inside of which there is a liquid metal coolant .
  • Outside Melting Case chamber 3 is cooled by nitrogen and is surrounded by a metal shell, which limits the space 9 for nitrogen movement in the secondary cooling system 9 of the chamber 3.
  • Combined fuel-oxygen tuyeres 4 are installed in the walls of the body of the melting chamber 3, which serve to deposit a slag bath when the process starts and oxygen is supplied for the oxidation of the organic components of the waste during their processing.
  • injectors 10 for blowing into the slag melt dust collected by gas cleaning devices.
  • opening 6 for the selection of hot process gases, having a diameter of 0.5-2.0 m.
  • the hole 6 is connected to a waste heat boiler (not indicated in the figure), cooled by a pipe 7 of the same diameter.
  • a loading hole 11 for loading dried communal waste and fluxes into the chamber 3, connected to the sealed mechanism 2 of the metered loading of solid municipal waste.
  • an inlet 13 for discharging excess slag with a device 14 for controlling the rate of slag discharge and maintaining a constant amount of slag in the melting chamber 3 while continuously draining excess slag from the chamber.
  • the secondary cooling system 9 of the body of the melting chamber 3 is directly connected to the rotary kiln 1 for drying solid municipal waste for feeding nitrogen heated to 200-300 ° C into the furnace 1.
  • the combined amount of lance burners 4 is fused and heated to the required amount of slag from the 3 fusible fluxes loaded into the melting chamber, for example, copper and nickel slags.
  • the required amount of slag from the 3 fusible fluxes loaded into the melting chamber for example, copper and nickel slags.
  • hot nitrogen is supplied with a temperature of 200-300 ° C.
  • dried waste is loaded into the chamber 3 at the speed necessary to maintain the required mass ratio of the waste loaded in 1 minute located in the working space of the molten slag chamber 3.
  • the muffle furnace was filled with nitrogen, heated to the required temperature without lowering the temperature, 2 kg of wet municipal solid waste with a humidity of 30% were loaded into the furnace, and the waste was dried by removing and condensing the vaporized vapor for 1 hour.
  • the experiments were carried out at a furnace temperature of 150, 200, 250 ° C.
  • the experimental results are shown in table 1. It can be seen from the table that an increase in the temperature of the gas phase during drying of MSW accelerates the drying process. Higher gas temperatures were not used in the experiments, because the maximum temperature of nitrogen at the outlet of the secondary cooling system of the melting chamber does not exceed 300 ° C.
  • the mass of particles taken from the model workspace in the first series of experiments was 8.5 times the mass of particles taken from the particles of the model workspace in the second series of experiments.
  • the results obtained indicate the feasibility of loading waste and the selection of process gases from the smelting chamber through different openings that are remote from each other.
  • Example 4 In a graphite crucible, electroslag remelting plants on a layer of molten slag burned solid household waste together with a certain amount of fluxes. At a temperature of 1600 ° C. obtained from the slag waste, the slurry fluidity was determined.
  • Patent RU 2045708 “Method for the processing of municipal solid waste", the applicant and the owner of "Gintsvetmet", authors: Kalnin E. I., Grechko A. V., Mechev V.V., Denisov
  • Patent RU 2064506, MKI-6 “Method for the processing of municipal solid waste in slag melt”, applicant Rottekberg V.N., Elenina L.V., They are also the authors and owners of the patent.
  • Patent RU 2208202 “Method for the processing of municipal solid waste and finely divided industrial wastes”, applicant Lipetskstalproekt OJSC, authors and patent holders: A. Reshetnyak, V. A. Konev, N. I. Seryakov, A. Mamaev. N.
  • Patent RU 2265774 “Method for the processing of solid household, industrial and medical wastes”, authors: Balasanov A. V., Batygin S. V., Bernadiner M. N., Grinberg Yu. M., Devitykin A. G., Lebedev A.V., Teslika I.E., Usachev A. B., Gaykin B.
  • Patent RU 2343353 “Method for non-waste thermal processing of solid municipal waste”, authors: Golubev A. A., Gudim Yu. A., patent holder of Industrial company Metal Technology LLC (RU).
  • Patent RU 2344179 “A method for the continuous processing of materials containing iron oxides and an aggregate for its implementation” authors: Golubev A. A., Gudim Yu. A., patent holder of Industrial company Metal Technology LLC (RU).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов включает сушку указанных отходов перед подачей в плавильную печь газообразным азотом, нагретым до 200-300°С теплом, аккумулированным жидкометаллическим теплоносителем при охлаждении корпуса плавильной камеры, загрузку их с регулируемой скоростью в плавильную камеру, сжигание органических составляющих в атмосфере кислорода на поверхности расплавленного шлака, полученного из минеральных составляющих отходов и добавляемых флюсов в плавильной камере. Образующиеся газы по охлаждаемому патрубку передают в энергетический котел, где осуществляют их дожигание и утилизацию тепла получаемых газов. Скорость непрерывного слива избытка шлака из камеры поддерживают на уровне, обеспечивающем наличие в камере постоянного количества шлака. Охарактеризовано устройство для реализации описанного способа. Технический результат: исключение образования диоксинов и фуранов за счет поддержания рационального отношения массы загружаемых в единицу времени отходов к массе находящегося в плавильной камере расплавленного шлака, увеличение степени использования тепла, снятого азотом с металлического теплоносителя в системе вторичного охлаждения плавильной камеры.

Description

СПОСОБ БЕЗОТХОДНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ И АГРЕГАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к металлургии и теплоэнергетике, и может быть использовано для переработки твердых коммунальных отходов (ТКО), медицинских отходов и некоторых твердых техногенных промышленных отходов.
Накопление твердых отходов жизнедеятельности человека требует создания эффективных способов переработки этих отходов, особенно коммунальных (бытовых) отходов.
Обычно известные способы переработки твердых коммунальных отходов применяют после сортировки отходов, с целью извлечения и повторного использования упаковочного картона, бумаги, стекла, пластмасс, металлического лома и уменьшения массы перерабатываемых отходов. Сортировка отходов является дорогой и затратной операцией.
Применяющиеся в мировой практике способы переработки ТКО имеют один существенный недостаток - необходимость захоронения довольно большого количества токсичных продуктов переработки.
Самым эффективным и высокопроизводительным способом переработки ТКО является их сжигание. При сжигании ТКО вьщеляется большое количество тепла, которое используется для получения электроэнергии, и образуется сравнительно небольшое количество токсичных продуктов переработки: золы и пыли. В то же время сжигание ТКО сильно осложняется из-за низкой средней калорийности влажных отходов и большого количества негорючих компонентов: стекла, костей, металла, строительного мусора и т. д.
Из-за этого, и применения воздуха для окисления органических компонентов мусора, горение мусора в известных процессах происходит при сравнительно низких температурах (850-1150°С). В результате усложняется, затрудняется или исключается возможность полного сжигания образующихся при подогреве и горении отходов крайне опасных для человека и окружающей среды веществ, включая диоксины и фураны.
Сжигание отходов при невысоких температурах приводит к получению из неорганических компонентов твердой золы, имеющей значительную удельную поверхность и содержащей большое количество вредностей, легко вымывающихся при хранении атмосферной и почвенной влагой. Такая зола хранится на специальных полигонах.
Уловленная в газоочистных сооружениях пыль («летучая зола») содержит много тяжелых металлов, диоксинов, фуранов и других вредностей. Такая пыль должна захораниваться в специализированных хранилищах. Известны способы переработки отходов, позволяющие частично устранить описанные выше сложности, возникающие при сжигании отходов [1-5]. Предлагается сжигать ТКО в слое жидкого шлака или в шлаковом расплаве, с температурой от 1400 до 1500°С с подачей их в расплав, продувая расплав для замешивания в него ТКО кислородсодержащим газом [1,2].
Известны способы переработки ТКО, предусматривающие загрузку в шлаковый расплав с целью снижения температуры плавления получаемого шлака вещества с высоким содержанием оксида кальция [1,4] или сульфида кальция вместе с соединениями цветных металлов [2].
Чтобы повысить температуру сжигания отходов, предлагается сушить влажные ТКО технологическими газами процесса сжигания, либо непосредственно в рабочем пространстве сжигающего агрегата [3], либо в загрузочном устройстве перед загрузкой ТКО в агрегат [4].
Известен способ [5], включающий сушку и нагрев ТКО на колосниковой решетке, непосредственно в газовом пространстве над шлаковым расплавом, при дополнительной подаче нагретого воздуха выше слоя отходов. При этом проекция площади слоя отходов на плоскость, находящуюся на уровне поверхности расплава, полностью или частично находится вне поверхности шлакового расплава. Для повышения температуры и эффективности процесса шлаковый расплав продувают горячими продуктами сжигания углеводородного топлива. Над поверхностью ванны шлакового расплава подается нагретый до 500-600°С воздух.
Известные способы [1-5] имеют недостатки, не позволяющие их реально осуществить. В слое расплавленного шлака очень трудно сжечь ТКО, так как отходы имеют плотность (около 1 кг/дмЗ) меньшую, чем плотность расплавленного шлака (3-4,5 кг/дмЗ), и стремятся всплыть на поверхность, несмотря на продувку шлака кислородсодержащим газом [1,2] или горячими продуктами сжигания углеводородного топлива. Кроме того, из-за низкого окислительного потенциала расплавленного шлака окисление (сжигание) органических компонентов отходов протекает в нем медленно и не до конца (углерод окисляется только до СО). Требуется организовывать дожигание СО до С02. При сушке ТКО непосредственно в рабочем пространстве сжигающего устройства [3] увеличиваются расход энергии на испарение влаги и количество отходящих из устройства газов, что снижает температуру процесса сжигания, увеличивает эксплуатационные и инвестиционные затраты на газоочистные сооружения. При этом не исключена возможность образования диоксинов и фуранов при медленном нагреве отходов в интервале температур 180-600°С. При организации сушки в загрузочных устройствах [4] также существует потенциальная опасность образования диоксинов и фуранов, соответственно неконтролируемых выбросов в атмосферу диоксинов и фуранов.
Добавки в шлак веществ, содержащих оксид кальция или сульфид кальция, хотя и уменьшают температуру плавления шлака, приводят к получению шлаков, рассьшаюпщхся под воздействием атмосферной и почвенной влаги, непригодных для использования в строительстве. Кроме того, известные способы не позволяют утилизировать пыль, улавливаемую в газоочистке, возможны частые остановки предлагаемых сжигающих агрегатов из-за интенсивного разрушения футеровки в результате химической коррозии, в целом не позволяют обеспечить эффективную непрерывную безотходную переработку ТКО.
Известен [6] способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов (патент RU 2343353), выбранный заявителем в качестве ближайшего аналога заявленного способа.
В известном способе, сжигание органических составляющих ТКО производится на поверхности расплавленного перегретого до 1500-1600°С шлака, получаемого из минеральных составляющих отходов и добавляемых одновременно с ТКО флюсов, в атмосфере кислорода, вдуваемого комбинированными горелками-фурмами со сверхзвуковой скоростью в плавильной камере, кожух которой охлаждается жидкометаллическим теплоносителем, установленной в устье энергетического котла, служащего для утилизации тепла отходящих газов, с сушкой твердых коммунальных отходов до влажности 5-12 % перед подачей в систему загрузки шихты плавильной камеры в конвейерном устройстве, укрытом герметичным кожухом, газообразным азотом, нагретым до 150°С теплом, аккумулированным жидкометаллическим теплоносителем при охлаждении кожуха плавильной камеры.
Кроме того, пыль, уловленную в системе газоочистки агрегата, перерабатывающего ТКО, вдувают инжекторами в шлаковый расплав в плавильной камере, расплавляют и ассимилируют шлаком. Состав и свойства получаемого при переработке ТКО шлака корректируют добавками техногенных отходов черной и цветной металлургии и золы тепловых электростанций, вводимых в плавильную камеру одновременно с ТКО.
Известный способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов имеет следующие недостатки:
- низкая техническая и экономическая эффективность процесса;
- низкая производительность из-за сравнительно низкой температуры 150°С сушки влажных твердых коммунальных отходов;
- нерационально большие размеры конвейерного устройства;
- отсутствие быстрого нагрева отходов в интервале температур 180-600°С и вследствие этого образование диоксинов и фуранов в этом интервале температур;
- отсутствие быстрого нагрева отходов из-за не рационального отношения массы загружаемых единицу времени отходов к массе находящегося в плавильной камере расплавленного шлака;
- отсутствие герметизации загрузки отходов;
- не высокая температура газов в свободном пространстве плавильной камеры;
- не рациональная скорость непрерывного слива избытка шлака из плавильной камеры и способ ее регулирования;
- не определены оптимальные пределы величины удельного расхода газообразного кислорода для сжигания органических компонентов отходов;
- не оговорено рациональное количество флюсов, применяемых для корректировки состава и свойств шлака, находящегося в плавильной камере;
Известен агрегат [7] для непрерывной переработки содержащих оксиды железа материалов ( патент RU 2344179), выбранный заявителем в качестве ближайшего аналога агрегата для безотходной термической переработки ТКО.
В известном агрегате, имеющем плавильную камеру с охлаждаемым жидкометаллическим теплоносителем кожухом, в рабочем пространстве которого находятся восстанавливаемый шлаковый расплав и восстановленный металлический расплав, контур охлаждения металлического теплоносителя, системы загрузки шихтовых материалов, утилизации тепла и очистки газов, выпуска металлического и шлакового расплавов, для расплавления загруженной шихты и нагрева шлакового расплава, плавильная камера снабжена установленными на 0,3-0,8 м выше максимального уровня шлакового расплава топливокислородными горелками, для вдувания углеродсодержащих материалов и уловленной в газоочистке пыли камера снабжена расположенными на 0,10-0,40 м выше максимального уровня восстановленного металлического расплава инжекторами, для конвейерной загрузки шихтовых материалов и отбора технологических газов камера имеет общее отверстие, расположенное выше уровня шлакового расплава в боковой образующей кожуха, в теплообменниках контура охлаждения для охлаждения металлического теплоносителя применяют азот, который затем используют для инжекций в шлаковый расплав углеродсодержащих материалов и пыли и вдувают для перемешивания в расплав через установленные в футеровке подины пористые пробки, желоба для выпуска шлакового и металлического расплавов смещены относительно друг друга, обеспечивая возможность одновременного слива в один ковш расплавов металла и недовосстановленного шлака.
Известный агрегат для непрерывной переработки содержащих оксиды железа материалов имеет следующие недостатки:
- для загрузки шихтовых материалов и отбора технологических газов плавильная камера имеет общее отверстие, при загрузке в плавильную камеру подсушенных твердых коммунальных отходов, имеющих низкую плотность (менее 1 кг/мЗ) выходящие из нее с большой скоростью горячие технологические газы будут уносить в котел-утилизатор большое количество отходов, в результате чего котел может выйти из строя;
- при загрузке твердых коммунальных отходов в отверстие, служащее также и для отбора технологических газов, время пребывания значительного количества этих газов при высокой температуре может быть меньше 2-3 сек., что не обеспечивает стопроцентной гарантии отсутствия диоксинов и фуранов в газах, выбрасываемых в атмосферу;
- не герметизировано загрузочное устройство для подачи твердых коммунальных отходов в плавильную камеру, что может привести к неконтролируемым выбросам в атмосферу;
- отсутствует устройство для поддержания постоянного количества шлака в плавильной камере при непрерывном сливе избытка шлака из камеры;
- тепло, снятое с металлического теплоносителя азотом в системе вторичного охлаждения (теплообменниках контура охлаждения), в процессе используется неполно и недостаточно эффективно.
Предлагаемые способ и агрегат безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов решают задачу повышения эффективности безотходной переработки отходов и экологически безвредной их утилизации.
Предлагаемый агрегат для безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов дополнительно решает задачу улучшения конструкции устройства для непрерывной переработки шихты, повышения его производительности и улучшения технико-экономических показателей его работы. Техническим результатом предлагаемых способа и агрегата для его осуществления является устранение недостатков ближайших аналогов, а именно:
- повышение технической и экономической эффективности процесса переработки твердых коммунальных отходов;
- повышение производительности способа и агрегата;
- обеспечение быстрого нагрева отходов, поступающих в камеру за счет повышения скорости нагрева загружаемых отходов в интервале температур 180-600°С, наиболее опасном в смысле образования диоксинов и фуранов и исключение процесса образования диоксинов и фуранов;
- герметизация загрузки твердых коммунальных отходов в плавильную камеру;
- повышение температуры газов в свободном пространстве плавильной камеры;
- обеспечение экологически безвредной утилизации отходов путем исключения образования диоксинов и фуранов за счет поддержания рационального отношения массы загружаемых в единицу времени отходов к массе находящегося в плавильной камере расплавленного шлака;
- обеспечение рациональной скорости непрерывного слива избытка шлака из плавильной камеры;
- оптимизация расхода газообразного кислорода для сжигания органических компонентов отходов;
- определение рационального расхода флюсов для корректировки состава и свойства шлака, находящегося в плавильной камере.
- разделение маршрутов загрузки отходов в камеру и отбора горячих технологических газов из камеры для передачи в котел-утилизатор;
- увеличение времени пребывания всего объема технологических газов при высоких температурах (1800°С и более);
- увеличение степени полезного использования тепла, снятого азотом с металлического теплоносителя в теплообменниках системы вторичного охлаждения плавильной камеры.
Технический результат достигается следующими решениями, объединенными общим изобретательским замыслом.
Технический результат достигается тем, что в способе безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов, включающем сушку отходов перед подачей в плавильную камеру газообразным азотом, загрузку их в плавильную камеру, сжигание органических составляющих в атмосфере кислорода на поверхности расплавленного шлака, полученного из минеральных составляющих отходов и добавляемых флюсов в плавильной камере, корпус которой охлаждают жидкометаллическим теплоносителем, дожигание, утилизацию тепла получаемых газов, их очистку, выпуск избытка накапливающихся шлака и металла, согласно первого изобретения, сушку твердых коммунальных отходов производят во вращающейся печи газообразным азотом, нагретым до 200-300°С теплом, отданным жидкометаллическим теплоносителем в системе вторичного охлаждения плавильной камеры, дозируют загружаемых в плавильную камеру в минуту массу высушенных отходов по отношению к массе расплавленного шлака в минуту в пределах т:М=0,0067-0,0045, где: т-масса загружаемых в плавильную камеру высушенных отходов; М-масса расплавленного шлака в рабочем пространстве плавильной камеры, температуру газовой фазы над шлаком в свободном пространстве плавильной камеры поддерживают в пределах 1800-1900°С, отработанные технологические газы удаляют из камеры в котел-утилизатор через снабженное охлаждаемым передаточным устройством отверстие в торцевой стенке камеры, скорость непрерывного слива избытка шлака из камеры поддерживают на уровне, обеспечивающем наличие в камере постоянного количества шлака.
Кроме того, кислород для окисления органических составляющих твердых коммунальных отходов вдувают в рабочее пространство плавильной камеры в количестве 250-390 нмЗ/т сухих отходов комбинированными горелками-фурмами.
Кроме того, флюсы, необходимые для корректировки состава и свойств шлака, загружают в плавильную камеру вместе с твердыми коммунальными отходами в количестве 10-20% от массы сухих отходов.
Технический результат достигается тем, что в агрегате для безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов, содержащем плавильную камеру с системой охлаждения корпуса жидкометаллическим теплоносителем, комбинированные горелки- фурмы и инжекторы для вдувания пыли в стенах, устройства для выпуска избытка шлака и металла, согласно второго изобретения, он дополнительно содержит вращающуюся печь для сушки отходов и герметизированный механизм дозированной загрузки сухих отходов в плавильную камеру, соединенный с ней через загрузочное отверстие, в торцевой стенке камеры выполнено отверстие с охлаждаемым патрубком для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов в котел-утилизатор, в боковой стенке плавильной камеры расположено выпускное отверстие для слива шлака с устройством для поддержания постоянного количества шлака в плавильной камере при непрерывном сливе избытка шлака из камеры, система охлаждения корпуса плавильной камеры жидкометаллическим теплоносителем соединена с вращающейся печью сушки твердых коммунальных отходов для подачи в неё нагретого до 200-300°С азота.
Кроме того, отверстие для загрузки твердых коммунальных отходов и флюсов в плавильную камеру расположено в противоположной отверстию для отбора газов части плавильной камеры в торцевой или боковой стенке корпуса.
Кроме того, диаметр отверстия с охлаждаемым патрубком для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов в котел-утилизатор составляет 0,5-2,0 м.
Сушка твердых коммунальных отходов во вращающейся печи газообразным азотом, нагретым до 200-300°С теплом, отданным жидкометаллическим носителем в системе вторичного охлаждения плавильной камеры, обеспечивает большую скорость процесса сушки, меньшее содержание влаги в отходах, повышение производительности вращающейся печи и всего агрегата в целом, а также возможность более полного полезного использования тепла, снятого с корпуса плавильной камеры, уменьшение суммарных тепловых потерь и соответственно повышение эффективности работы агрегата.
Дозирование массы загружаемых в плавильную камеру в единицу времени (в 1 минуту) высушенных отходов к массе расплавленного шлака в рабочем пространстве плавильной камеры в пределах т:М=:0,0067-0,0045, где т-масса загружаемых в плавильную камеру высушенных отходов, М-масса расплавленного шлака в рабочем пространстве плавильной камеры обеспечивает исключение случайных выбросов пыли и газа из рабочего пространства, а также гарантирует очень быстрый нагрев загружаемых отходов в интервале температур 180-600°С, наиболее опасном в смысле образования диоксинов и фуранов и позволяет полностью исключить нежелательный процесс образования этих вредностей.
Выход за оптимальные пределы дозирования массы загружаемых в плавильную камеру высушенных отходов по отношению к массе расплавленного шлака в единицу времени ( в 1 минуту) не целесообразен.
Отношение массы загруженных за 1 минуту отходов к массе шлака: ш:М=0,0070 не рационально, т.к. не происходит быстрый нагрев отходов в интервале температур 180- 600°С, наиболее опасном в смысле образования диоксинов и фуранов, что не позволяет полностью исключить нежелательный процесс образования этих вредностей.
При т:М=0,0040 снижается производительность способа из-за малой скорости загрузки.
Поддержание температуры газовой фазы над шлаком в свободном пространстве плавильной камеры в пределах 1800-1900°С также способствует очень быстрому нагреву загружаемых отходов, кроме того, такая температура способствует деструкции (разложению) тех вредных веществ, включая диоксины и фураны, которые уже были в загруженных отходах.
Удаление отработанных технологических газов из плавильной камеры в котел- утилизатор через снабженное охлаждаемым патрубком отверстие в торцевой стенке камеры обеспечивает уменьшение выноса пыли из агрегата и увеличение времени пребывания нагретых технологических газов в условиях высоких температур, соответственно гарантирует деструкцию (разложение) диоксинов и фуранов, случайно попавших в рабочее пространство камеры.
Поддержание скорости непрерывного слива избытка шлака из камеры на уровне, обеспечивающем наличие в плавильной камере постоянного количества шлака, обеспечивает необходимый быстрый нагрев загружаемых в камеру отходов и большую скорость окисления органических составляющих отходов и плавления минеральных составляющих отходов. Соответственно в таком случае увеличивается производительность процесса и повышается эффективность работы агрегата.
Вдувание в рабочее пространство плавильной камеры комбинированными горелками- фурмами кислорода для окисления органических составляющих твердых коммунальных отходов в количестве 250-390 нмЗ/т сухих отходов обеспечивает эффективную и высокопроизводительную работу агрегата.
Загрузка необходимых для корректировки состава и свойств шлака флюсов вместе с твердыми коммунальными отходами в количестве 10-20% от массы сухих отходов обеспечивает получение в рабочем пространстве плавильной камеры шлака, по составу и свойствам необходимого для нормального функционирования агрегата и пригодного для безопасного для человека и окружающей среды применения шлака в строительстве.
Отверстие для отбора горячих отработанных технологических газов диаметром 0,5- 2,0 м (для различных размеров плавильной камеры и производительности агрегата) расположенное в торцевой стенке плавильной камеры, соединенное с котлом-утилизатором охлаждаемым патрубком такого же диаметра, обеспечивает уменьшение выноса пыли из плавильной камеры и увеличивает время пребывания технологических газов в условиях высоких температур, что гарантирует отсутствие диоксинов и фуранов в газах, выбрасываемых в атмосферу.
Расположение отверстия для загрузки твердых коммунальных отходов и флюсов в плавильную камеру в противоположной отверстию для отбора газов части плавильной камеры обеспечивает меньший вьшос пыли и исключает возможность вьшоса составляющих отходов из камеры в котел-утилизатор.
Герметичный механизм дозированной загрузки твердых коммунальных отходов в плавильную камеру обеспечивает быстрый нагрев загружаемых отходов в интервале температур 180-600°С, исключает возможность образования диоксинов и фуранов в этом интервале температур и предотвращает неорганизованные выбросы пыли и газов в атмосферу.
Устройство, которым снабжено выпускное отверстие для слива шлака, обеспечивает наличие постоянного количества шлака в плавильной камере при непрерывном сливе избытка шлака и гарантирует быстрый нагрев загружаемых отходов, а также быстрое их сжигание.
Соединение системы вторичного охлаждения плавильной камеры непосредственно с вращающейся печью сушки твердых коммунальных отходов для подачи в нее нагретого до 200-300°С азота обеспечивает быструю и глубокую сушку влажных отходов и повышение производительности агрегата.
Сущность заявленного способа и агрегата для его осуществления поясняется следующими чертежами.
На рисунке 1 показана технологическая схема безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов (вид А-А агрегата для безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов).
На рисунке 2 показан агрегат для безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов (вид сверху).
На рисунке 3 показан поперечный разрез агрегата для безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов (вид Б-Б).
Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов осуществляется следующим способом.
В плавильную камеру 3 загружают легкоплавкие отходы черных металлов (чугунная стружка, мелкая стальная обрезь). Включают комбинированные топливокислородные горелки-фурмы 4 в режиме работы горелками и наплавляют жидкую металлическую ванну, чтобы предохранить огнеупорную футеровку металлической ванны от разрушения жидким перегретым шлаком. Затем, загружая в плавильную камеру 3 легкоплавкие флюсы (шлаки производства меди и никеля), наплавляют необходимую массу шлака. В процессе наплавления шлака во вращающуюся печь 1 загружают влажные твердые коммунальные отходы и сушат их нагретым до 200-300°С азотом. После наплавления необходимой массы шлака комбинированные горелки-фурмы 4 переключают на режим работы кислородной фурмой и герметизированным механизмом 2 дозированной загрузки загружают высушенные отходы с заданной скоростью в плавильную камеру 3 на поверхность перегретого шлакового расплава. Органические составляющие твердых коммунальных отходов в атмосфере кислорода быстро окисляют, при этом выделяется большое количество тепла, минеральные компоненты твердых коммунальных отходов плавятся и поступают в шлак, температура шлака повышается до 1500-1650°С, температура газовой фазы над шлаком в свободном пространстве плавильной камеры 3 повышается до 1800-1900°С. Отработанные технологические газы через отверстие 6 с охлаждаемым патрубком 7 в торцевой стенке камеры 3 поступают в котел-утилизатор (на рисунке не обозначен), где их дожигают, а тепло газов используют для получения пара высоких параметров, используемого для выработки электроэнергии. Через выпускное отверстие 13 для шлака из плавильной камеры 3 непрерывно сливают избыток шлака, поддерживая устройством 14 скорость слива шлака, обеспечивающую постоянное количество шлака в плавильной камере 3.
Расход кислорода, вдуваемого комбинированными горелками-фурмами 4 в рабочее пространство камеры 3 для окисления органических составляющих отходов поддерживают на уровне 250-390 нмЗ/т сухих отходов. Для корректировки состава и свойств шлака вместе с твердыми коммунальными отходами в плавильную камеру 3 загружают флюсы в количестве 10-20% от массы сухих отходов. Металл, накопившийся на подине плавильной камеры 3, периодически выпускают из нее через летку 12, снабженную запорным устройством (на чертеже не показано).
Агрегат для безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов содержит плавильную камеру 3 с охлаждаемым жидкометаллическим теплоносителем корпусом 5, в рабочем пространстве которой перерабатываются твердые коммунальные отходы и находятся шлаковый расплав, а также некоторое количество жидкого металла, полученного из металлических компонентов отходов, в футерованной ванне 8. Рабочее пространство плавильной камеры 3 ограниченно полым металлическим корпусом 5, внутри которого находится жидкометаллический теплоноситель. Снаружи корпус плавильной камеры 3 охлаждается азотом и охвачен металлической оболочкой, ограничивающей пространство 9 для движения азота в системе 9 вторичного охлаждения камеры 3. В стенах корпуса плавильной камеры 3 установлены комбинированные топливокислородные горелки-фурмы 4, служащие для наплавления шлаковой ванны при запуске процесса и подачи кислорода, необходимого для окисления органических составляющих отходов в процессе их переработки. В стенах корпуса камеры 3 также расположены инжекторы 10 для вдувания в шлаковый расплав пыли, уловленной газоочистными устройствами. В торцевой стенке плавильной камеры 3 имеется отверстие 6 для отбора горячих технологических газов, имеющее диаметр 0,5-2,0м. Отверстие 6 соединено с котлом-утилизатором (на рисунке не обозначен), охлаждаемым патрубком 7 такого же диаметра. В противоположной части плавильной камеры 3 имеется загрузочное отверстие 11 для загрузки в камеру 3 высушенных коммунальных отходов и флюсов, соединенное с герметизированным механизмом 2 дозированной загрузки твердых коммунальных отходов. В боковой стенке корпуса плавильной камеры 3 расположено вьшускное отверстие 13 для слива избытка шлака с устройством 14 для регулирования скорости слива шлака и поддержания постоянного количества шлака в плавильной камере 3 при непрерывном сливе избытка шлака из камеры.
Система вторичного охлаждения 9 корпуса плавильной камеры 3 непосредственно соединена с вращающейся печью 1 сушки твердых коммунальных отходов для подачи в печь 1 нагретого до 200-300°С азота.
Работа агрегата осуществляется следующим образом.
При запуске процесса комбинированными горелками-фурмами 4 наплавляют и нагревают необходимое количество шлака из загружаемых в плавильную камеру 3 легкоплавких флюсов, например шлаков медного и никелевого производства. В процессе наплавления шлаковой ванны в приемное устройство вращающейся печи 1 загружают влажные твердые коммунальные отходы. Навстречу отходам из системы вторичного охлаждения 9 плавильной камеры 3 подается горячий азот с температурой 200-300°С. После наплавления и нагрева нужного количества шлака герметизированным дозирующим механизмом 2 в камеру 3 загружают высушенные отходы со скоростью, необходимой для поддержания требуемого отношения масс загружаемых в 1 минуту отходов, находящегося в рабочем пространстве камеры 3 расплавленного шлака. Органические составляющие отходов окисляют кислородом, вдуваемым в рабочее пространство комбинированными горелками-фурмами 4, работающими в режиме кислородных фурм. Горячие технологические газы отбираются из камеры 3 через отверстие в торцевой стенке 6 и передаются в котел-утилизатор охлаждаемым патрубком 7. Избыток шлака сливают из плавильной камеры через выпускное шлаковое отверстие 13 со скоростью, обеспечивающей постоянное количество шлака в камере 3. Скорость слива избытка шлака регулируют устройством 14. В систему вторичного охлаждения 9 подают холодный азот, азот отнимает тепло у жидкометаллического теплоносителя, нагревается до температуры 200-300°С и поступает во вращающуюся печь 1 для сушки твердых коммунальных отходов. Пыль, уловленную в газоочистных сооружениях, инжекторами 10 вдувают в шлаковый расплав, находящийся в рабочем пространстве плавильной камеры 3.
Примеры конкретного осуществления, подтверждающие возможность внедрения в производство предложенного способа и агрегата для его осуществления.
Пример 1.
Муфельную печь наполняли азотом, нагревали до требуемой температуры, не снижая температуру, загружали в печь 2 кг влажных твердых бытовых отходов с влажностью 30% и производили сушку отходов, удаляя и конденсируя вьщелившийся пар, в течение 1 часа. Эксперименты проводили при температуре печи 150, 200, 250°С. Результаты экспериментов приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что увеличение температуры газовой фазы при сушке ТБО ускоряет процесс сушки. Более высокие температуры газа в экспериментах не использовали, т.к. максимальная температура азота на выходе из системы вторичного охлаждения плавильной камеры не превышает 300°С.
Уменьшение температуры газовой фазы до 195-199 °С при сушке ТБО замедляет процесс сушки, снижает производительность вращающейся печи меньшее и всего агрегата в целом.
Таблица 1
Figure imgf000015_0001
Пример 2.
С использованием прозрачной гидравлической модели заявленного агрегата, выполненной в масштабе 1 :10, производили следующие эксперименты. Шлаковый расплав моделировали водой, в воду, моделируя кислород, вдували компрессорный воздух, расход его определяли в соответствии с положениями теории подобия. В одной серии опытов загрузку мелких частиц пробки, моделирующих отходы, в рабочее пространство модели производили через тоже отверстие, через которое удаляли (отсасывали) избыточный воздух из модели, расположенное в верхней части модели, улавливая вьшосимые частицы. Во второй серии опытов загрузку частиц пробки производили в то же самое отверстие, а избыточный воздух удаляли через второе отверстие, расположенное в противоположной торцевой стенке модели, также улавливая вьшосимые частицы. Масса частиц, вьшосимых из рабочего пространства модели в первой серии опытов, в 8,5 раз превышала массу частиц, вьшосимых из частиц рабочего пространства модели во второй серии опытов. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности загрузки отходов и отборе технологических газов из плавильной камеры через разные отверстия, удаленные друг от друга.
Пример 3.
В дуговой сталеплавильной печи вместимостью 6 тонн наплавляли слой шлака массой 5 тонн и нагревали шлак до 1600°С. В печь подавали кислород и на расплавленный шлак загружали периодически порции высушенных твердых бытовых отходов (влажностью 10%) так, чтобы отношение массы загруженных отходов к массе наплавленного в печи шлака менялось в пределах 0,010-0,011; 0,0067-0,0062; 0,0050-0,0045.
Для каждой порции загруженных отходов засекали время полного сгорания органической составляющей отходов и полного расплавления минеральной составляющей отходов. Результаты экспериментов приведены в таблице 2.
Таблица 2
Figure imgf000016_0001
Полученные результаты подтверждают возможность быстрого нагрева загружаемых отходов при отношении массы загружаемых в 1 минуту отходов к массе расплавленного шлака в пределах 0,0067-0,0045.
Пример 4. В графитовом тигле установки электрошлакового переплава на слое расплавленного шлака сжигали твердые бытовые отходы совместно с некоторым количеством флюсов. При температуре получаемого из отходов шлака 1600°С определяли жидкотекучесть шлака.
Наибольшую жидкотекучесть имели шлаки, полученные при переработке отходов с добавками 15-17% кислого шлака никелевого производства. При добавках флюса менее 9% от массы получаемого шлака жидко текучесть шлака была низкой.
Литература:
L Патент RU 2045703 «Способ термической переработки твердых отходов», заявитель и обладатель АОЗТ «Алгон», авторы: Усачев А. Б., Роменец В. А., Гребенщиков В. Р., Баласанов А. В., Чургель В. О.
2. Патент RU 2045708 «Способ переработки твердых бытовых отходов», заявитель и обладатель «Гинцветмет», авторы: Калнин Е. И., Гречко А. В., Мечев В.В., Денисов
B. Ф., Шишкина Л. Д., Зиберов В. Е., Хайлов Е. X., Генералов В. А.
3. Патент RU 2064506, МКИ-6: «Способ переработки твердых бытовых отходов в шлаковом расплаве», заявитель Роттекберг В. Н., Еленина Л.В., они же авторы и обладатели патента.
4. Патент RU 2208202, «Способ переработки твердых бытовых отходов и мелкодисперсных промышленных отходов», заявитель ОАО «Липецкстальпроект», авторы и обладатели патента: Решетняк А. Ф., Конев В. А., Серяков Н. И., Мамаев А. Н.
5. Патент RU 2265774, «Способ переработки твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов», авторы: Баласанов А. В., Батыгин С. В., Бернадинер М. Н., Гринберг Ю. М., Девитайкин А. Г., Лебедев А. В., Теслика И. Е., Усачев А. Б., Гайкин Б.
C, патентообладатель: ЗАО «ВНИИЭТО», ООО «Стальпроект».
6 Патент RU 2343353 «Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов», авторы: Голубев А. А., Гудим Ю. А., патентообладатель ООО Промышленная компания «Технология металлов» (RU).
7.Патент RU 2344179, «Способ непрерывной переработки содержащих оксиды железа материалов и агрегат для его осуществления» авторы: Голубев А. А., Гудим Ю. А., патентообладатель ООО Промышленная компания «Технология металлов» (RU).

Claims

Формула изобретения
1. Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов, включающий сушку отходов перед подачей в плавильную камеру газообразным азотом, загрузку их в плавильную камеру, сжигание органических составляющих в атмосфере кислорода на поверхности расплавленного шлака, полученного из минеральных составляющих отходов и добавляемых флюсов в плавильной камере, корпус которой охлаждают жидкометаллическим теплоносителем, дожигание, утилизацию тепла получаемых газов, их очистку, выпуск избытка накапливающихся шлака и металла, отличающийся тем, что сушку твердых коммунальных отходов производят во вращающейся печи газообразным азотом, нагретым до 200-300°С теплом, отданным жидкометаллическим теплоносителем в системе вторичного охлаждения плавильной камеры, дозируют загружаемых в плавильную камеру в минуту массу высушенных отходов по отношению к массе расплавленного шлака в минуту в пределах т:М=0,0067-0,0045, где: т-масса загружаемых в плавильную камеру высушенных отходов; М-масса расплавленного шлака в рабочем пространстве плавильной камеры, температуру газовой фазы над шлаком в свободном пространстве плавильной камеры поддерживают в пределах 1800-1900°С, отработанные технологические газы удаляют из камеры в котел-утилизатор через снабженное охлаждаемым передаточным устройством отверстие в торцевой стенке камеры, скорость непрерывного слива избытка шлака из камеры поддерживают на уровне, обеспечивающем наличие в камере постоянного количества шлака.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислород для окисления органических составляющих твердых коммунальных отходов вдувают в рабочее пространство плавильной камеры в количестве 250-390 нм /т сухих отходов комбинированными горелками-фурмами.
3. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что флюсы, необходимые для корректировки состава и свойств шлака, загружают в плавильную камеру вместе с твердыми коммунальными отходами в количестве 10-20% от массы сухих отходов.
4. Агрегат для безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов, содержащий плавильную камеру с системой охлаждения корпуса жидкометаллическим теплоносителем, комбинированные горелки-фурмы и инжекторы для вдувания пыли в стенах, устройства для выпуска избытка шлака и металла, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вращающуюся печь для сушки отходов и герметизированный механизм дозированной загрузки сухих отходов в плавильную камеру, соединенный с ней через загрузочное отверстие, в торцевой стенке камеры выполнено отверстие с охлаждаемым патрубком для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов в котел-утилизатор, в боковой стенке плавильной камеры расположено выпускное отверстие для слива шлака с устройством для поддержания постоянного количества шлака в плавильной камере при непрерывном сливе избытка шлака из камеры, система охлаждения корпуса плавильной камеры жидкометаллическим теплоносителем соединена с вращающейся печью сушки твердых коммунальных отходов для подачи в неё нагретого до 200-300°С азота.
5. Агрегат для безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов по п. 4, отличающийся тем, что отверстие для загрузки твердых коммунальных отходов и флюсов в плавильную камеру расположено в противоположной отверстию для отбора газов части плавильной камеры в торцевой или боковой стенке корпуса.
6. Агрегат для безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов по п. 4, отличающийся тем, что диаметр отверстия с патрубком для отбора и подачи горячих отработанных технологических газов в котел-утилизатор составляет
0,5-2,0 м.
PCT/RU2010/000347 2010-06-22 2010-06-22 Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов и агрегат для его осуществления WO2011162632A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2010/000347 WO2011162632A1 (ru) 2010-06-22 2010-06-22 Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов и агрегат для его осуществления
EP10853754.9A EP2587145B1 (en) 2010-06-22 2010-06-22 Method for the pollution-free thermal processing of solid municipal waste and plant for carrying out said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2010/000347 WO2011162632A1 (ru) 2010-06-22 2010-06-22 Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов и агрегат для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011162632A1 true WO2011162632A1 (ru) 2011-12-29

Family

ID=45371629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000347 WO2011162632A1 (ru) 2010-06-22 2010-06-22 Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов и агрегат для его осуществления

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2587145B1 (ru)
WO (1) WO2011162632A1 (ru)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2045708C1 (ru) 1992-05-14 1995-10-10 Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов "Гинцветмет" Способ переработки твердых бытовых отходов
RU2045703C1 (ru) 1992-04-30 1995-10-10 Акционерное общество закрытого типа "Алгон" Способ термической переработки твердых отходов
RU2064506C1 (ru) 1993-11-23 1996-07-27 Вадим Николаевич Раттенберг Способ переработки твердых отходов в шлаковом расплаве
EP0767342A1 (de) * 1995-10-06 1997-04-09 Von Roll Umwelttechnik AG Verfahren zur thermischen Entsorgung von losem Müll
RU2147712C1 (ru) * 1998-09-30 2000-04-20 Акционерное общество "ВНИИЭТО" Способ термической переработки твердых отходов
RU2208202C2 (ru) 2001-04-04 2003-07-10 Решетняк Александр Филиппович Способ переработки твердых бытовых и мелкодисперсных промышленных отходов
RU2265774C1 (ru) 2004-08-06 2005-12-10 Закрытое акционерное общество "ВНИИЭТО" Способ переработки твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов и установка для его осуществления
RU2343353C2 (ru) 2006-03-03 2009-01-10 Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов
RU2344179C2 (ru) 2006-05-05 2009-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" Способ непрерывной переработки содержащих оксиды железа материалов и агрегат для его осуществления
RU2345141C1 (ru) * 2007-03-30 2009-01-27 Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" Способ переработки металлических радиоактивных отходов и агрегат для его осуществления

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100513932B1 (ko) * 2004-10-04 2005-09-09 한국기계연구원 용융 배가스를 열분해로내로 투입하여 폐기물을 직접 가열하는 열분해장치 및 이를 이용한 열분해 공정
JPWO2006114818A1 (ja) * 2005-04-01 2008-12-11 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 ガス化溶融炉への廃棄物の供給方法及び供給装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2045703C1 (ru) 1992-04-30 1995-10-10 Акционерное общество закрытого типа "Алгон" Способ термической переработки твердых отходов
RU2045708C1 (ru) 1992-05-14 1995-10-10 Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов "Гинцветмет" Способ переработки твердых бытовых отходов
RU2064506C1 (ru) 1993-11-23 1996-07-27 Вадим Николаевич Раттенберг Способ переработки твердых отходов в шлаковом расплаве
EP0767342A1 (de) * 1995-10-06 1997-04-09 Von Roll Umwelttechnik AG Verfahren zur thermischen Entsorgung von losem Müll
RU2147712C1 (ru) * 1998-09-30 2000-04-20 Акционерное общество "ВНИИЭТО" Способ термической переработки твердых отходов
RU2208202C2 (ru) 2001-04-04 2003-07-10 Решетняк Александр Филиппович Способ переработки твердых бытовых и мелкодисперсных промышленных отходов
RU2265774C1 (ru) 2004-08-06 2005-12-10 Закрытое акционерное общество "ВНИИЭТО" Способ переработки твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов и установка для его осуществления
RU2343353C2 (ru) 2006-03-03 2009-01-10 Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов
RU2344179C2 (ru) 2006-05-05 2009-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" Способ непрерывной переработки содержащих оксиды железа материалов и агрегат для его осуществления
RU2345141C1 (ru) * 2007-03-30 2009-01-27 Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" Способ переработки металлических радиоактивных отходов и агрегат для его осуществления

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2587145A4 *
YU. A. GUDIM ET AL.: "Bezotkhodnaya tekhnologiya vysokotemperaturnoy utilizatsy nesortirovannykh tverdykh kommunalnykh otkhodov.", EKOLOGIYA I PROMYSHLENNOST RUSSIA, February 2009 (2009-02-01), Retrieved from the Internet <URL:http://www.technologiya-metallov.com/russisch/publikationen.html> [retrieved on 20110222] *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2587145A4 (en) 2014-04-30
EP2587145B1 (en) 2014-08-27
EP2587145A1 (en) 2013-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3012665B2 (ja) 有毒及び有害物質で汚染された状態の掘出し埋立材料の処理方法及びプラズマ燃焼式キュポラ
CN1759941B (zh) 加热熔融处理垃圾焚烧飞灰方法及设备
BRPI0609774A2 (pt) métodos para processar um pó de forno de aço e material contendo ferro e metais voláteis, e para operar um forno de indução a canal
RU2343353C2 (ru) Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов
CN109899791A (zh) 基于烟气再循环的危险废物焚烧系统
JPH10246416A (ja) 火格子燃焼設備に由来するフライダストを熱的に処理するための方法と装置
ES2969731T3 (es) Horno de volatilización inducido por plasma mejorado
RU2461776C1 (ru) Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов и агрегат для его осуществления
WO2011162632A1 (ru) Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов и агрегат для его осуществления
JP3280265B2 (ja) 焼却残渣と飛灰の溶融処理装置及びその溶融処理方法
JP2001221418A (ja) 廃電池の処理炉
JPH11101420A (ja) ストーカ式焼却炉
JP3257377B2 (ja) 燐を含む廃棄物焼却灰の溶融処理方法
ITAN20120043A1 (it) Trattamento pirometallurgico scorie
JP3421817B2 (ja) 焼却灰の溶融方法及び処理装置
JP3962178B2 (ja) 有害物の処理方法およびその装置
WO2007100272A1 (fr) Procédé de transformation thermique sans déchets d&#39;ordures ménagères solides
JP2000291934A (ja) 廃棄物溶融処理方法
RU2122155C1 (ru) Комплекс для переработки твердых бытовых и промышленных отходов
JPH0522808B2 (ru)
JP2001158924A (ja) 亜鉛含有廃棄物中の亜鉛回収方法
KR100535196B1 (ko) 화격자소각로로부터의플라이더스트를열적처리하기위한방법및장치
JP2001317717A (ja) 含油スラッジ焼却炉および含油スラッジ焼成方法
JP2001235135A (ja) 重油灰の減容無害化処理方法
KR20230010696A (ko) 폐기물을 분리하기 위한 산업 플랜트 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011112128

Country of ref document: RU

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10853754

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010853754

Country of ref document: EP