способ термического обезвреживания твердых отходов

Формула изобретения

Способ термического обезвреживания твердых отходов, включающий пиролиз отходов в слое при подаче окислителя и вдувании продуктов горения дополнительного топлива в слой отходов, разделение продуктов пиролиза на твердый коксовый остаток и газообразную составляющую, сжигание коксового остатка с использованием вторичного воздуха и продуктов сгорания дополнительного топлива, дожигание газообразной составляющей при подаче продуктов сгорания дополнительного топлива от горелок, размещенных по периметру камеры дожигания, отличающийся тем, что пиролиз осуществляют при температуре 900 - 950^oC и коэффициенте расхода воздуха (), равном 0,90 - 0,95, продукты сгорания дополнительного топлива при сжигании коксового остатка подают вдоль его поверхности при температуре 1050 - 1100^oC и = 1,15 - 1,20, а при сжигании газообразной составляющей продукты сгорания дополнительного топлива подают факелами острого дутья, направленными поперечно направлению потока газообразной составляющей, поддерживают температуру 1100 - 1200^oC и = 1,20 - 1,25.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области термической переработки бытовых, промышленных и медицинских отходов и может быть использовано в промышленности, медицине и коммунальном хозяйстве.

Известен способ термического обезвреживания твердых органических отходов, включающий пиролиз отходов в слое в использованием окислителя и продуктов горения дополнительного топлива с разделением отходов на твердый коксовый остаток и газообразную составляющую, сжигание коксового остатка и дожигание газообразной составляющей пиролиза. При этом топливная горелка используется периодически для поддержания заданной температуры в рабочем объеме печи. Горелка размещена в своде печи, и ее факел омывает перемещаемые вниз сжигаемые отходы. (Беспамятнов Г.П. и др. Термические методы обезвреживания промышленных отходов. Л.: Химия, 1969, с. 15-16, рис. 10).

Этот способ обладает следующими недостатками. Горение отходов происходит только по их поверхности, которая явно недостаточна. Причем температура в зоне пиролиза недостаточна для эффективного сжигания вредных и токсичных элементов, находящихся в отходах. Сравнительно низкие (менее 850^oC) температуры не исключают образование после топки диоксинов и фуранов за счет объединения галогенов с углеводородами. Подача окислителя под колосниковую решетку для дожигания твердого коксового остатка приводит к уносу мелкой пыли, что затрудняет работу пылегазоочистных сооружений. Низкая температура отходящего из топки газа не позволяет полностью дожечь его горючие составляющие.

Наиболее близким по решаемой задаче и технической сущности является способ термического обезвреживания твердых отходов по ЕР 0445070, кл. F 23 G 5/14, 04.09.91 г.

По известному способу твердые отходы, в том числе и содержащие органические компоненты сжигают в слое при подаче окислителя (воздуха) под колосниковую решетку и подаче продуктов сгорания дополнительного топлива в камеру сжигания таким образом, что продукты сгорания дополнительного топлива вдувают в слой обезвреживаемых отходов. Сжигание образующегося твердого коксового остатка осуществляют при подаче окислителя под колосниковую решетку и при подаче продуктов сгорания дополнительного топлива в камеру сгорания. При сжигании коксового остатка в качестве окислителя может быть использован вторичный воздух. Дожигание газообразной составляющей осуществляют при тангенциальной подаче продуктов сгорания дополнительного топлива факелами топливных горелок, размещенных по периметру камеры дожигания.

Однако этот способ не исключает всех недостатков, присущих предыдущему способу термического обезвреживания твердых отходов.

Настоящее изобретение направлено на обеспечение оптимальных условий обезвреживания твердых органических отходов как за счет увеличения поверхности реагирования при сжигании отходов, так и за счет обеспечения спокойного дожигания коксового остатка и турбулентного дожигания отходящих газов.

Сформулированная задача решается за счет того, что в способе термического обезвреживания твердых отходов, включающем пиролиз отходов в слое при подаче окислителя и вдувании продуктов горения дополнительного топлива в слой отходов, разделение продуктов пиролизата на твердый коксовый остаток и газообразную составляющую, сжигание коксового остатка с использованием вторичного воздуха и продуктов сгорания дополнительного топлива, дожигание газообразной составляющей при подаче продуктов сгорания дополнительного топлива от горелок, размещенных по периметру камеры дожигания, пиролиз осуществляют при температуре 900 - 950^oC и коэффициенте расхода воздуха (), равном 0,90 - 0,95, продукты сгорания дополнительного топлива при сжигании коксового остатка подают вдоль его поверхности при температуре 1050 - 1100^oC и = 1,15 - 1,20, а при сжигании газообразной составляющей продукты сгорания дополнительного топлива подают факелами острого дутья, направленными поперечно направлению потока газообразной составляющей, поддерживают температуру 1100 - 1200^oC и = 1,20 - 1,25.

После подачи твердых отходов в пиролизную камеру на них воздействуют снизу и/или сбоку через колосниковые решетки окислителем, например, воздухом, а сверху или сбоку, или навстречу движению обезвреживаемой массы отходов в нее вдувают с помощью жесткого факела топливных горелок продукты горения дополнительного топлива. Происходит дробление твердой массы отходов на отдельные части, что значительно увеличивает поверхность горения. При этом поддерживают температуру сжигаемой массы в пределах 900 - 950^oC и коэффициент расхода воздуха в пределах 0,90 - 0,95. Многочисленные эксперименты, проводимые на опытной печи показали, что указанные выше диапазоны температуры и коэффициента расхода воздуха являются оптимальными. Обеспечивается высокая интенсивность и степень выжига органических составляющих отходов. При температуре ниже 900^oC существенно увеличивается доля коксового остатка; при температуре выше 950^oC возникает вероятность оплавления кусковых органических отходов и ухудшение выжига органических примесей. При < 0,90 существенно возрастают энергозатраты на процесс пиролиза, особенно высоковлажных отходов, и увеличивается химический недожог в газовых выбросах из стадии пиролиза. При > 0,95 увеличивается температурный уровень процесса пиролиза и возникает опасность прожигания колосниковой решетки.

На стадии сжигания коксового остатка, остающегося после пиролиза, факел продуктов сгорания дополнительного топлива направляют вдоль поверхности твердого остатка без его ворошения. При этом температуру на стадии сжигания коксового остатка поддерживают 1050 - 1100^oC, а оптимальный коэффициент расхода воздуха 1,15 - 1,20. При температуре ниже 1050^oC возрастает величина механического недожога в шлаке выше допустимых нормативов. При температуре выше 1100^oC наблюдается плавление минерального остатка и зашлаковка решетки. При < 1,15 ухудшается массообмен окислителя со слоем коксового остатка и возрастает недожог. При коэффициенте расхода воздуха более 1,20 наблюдается перерасход энергии на процесс (топлива и электроэнергии).

Поток газообразной составляющей пиролиза дожигают острыми жесткими факелами продуктов сгорания дополнительного топлива, при этом топливные горелки располагают по периметру потока отходящего газа, направляя факел поперек потока, рассеивая его. Поток отходящего газа перемешивается и подвергается тепловой обработке дополнительным топливом. Температурный интервал при этом составляет 1100 - 1200^oC, а коэффициент расхода воздуха 1,20 - 1,25.

При температурах ниже 1100^oC возрастает величина химического недожога (Co, H₂, CH₄), возможен проскок супертоксичных соединений (диоксинов и фуранов). При температурах выше 1200^oC возрастает выброс оксидов азота No_x и наблюдается перерасход дополнительного топлива. При < 1,2 возрастает величина продуктов химического недожога (Co, H₂, CH₄, C_mH_n). При > 1,25 наблюдается перерасход топлива и электроэнергии на процесс дожигания газа.

Примеры реализации способа,

1. Твердые органические отходы, запакованные в полиэтиленовые мешки загружают в камеру сжигания на наклонную колосниковую решетку. На загруженные отходы воздействуют воздухом, подаваемым снизу через колосниковую решетку, и факелом топливной горелки, при этом путем изменения соотношения топливо - окислитель и количества подаваемого топлива формируют жесткий острый факел, который направляют на поданные в камеру отходы, и за счет ударной струи вдувают продукты горения в сжигаемые отходы. Таким образом, сжигание происходит во всем объеме отходов, что значительно ускоряет процесс их обезвреживания. При этом путем регулирования расхода топлива поддерживают температуру в камере в пределах 900 - 950^oC. Сжигание отходов ведут при коэффициенте расхода воздуха 0,90 - 0,95. Сжигаемые отходы постепенно опускаются вниз, при этом происходит их разложение на твердый коксовый остаток и пиролизный газ. Твердый коксовый остаток опускается на под камеры и постепенно перемещается к зольнику. Пиролизный газ удаляется в камеру дожигания. Дожигание коксового остатка, находящегося на поду печи проводят с помощью продуктов горения дополнительного топлива и вторичного воздуха. Топливную горелку устанавливают так, что факел продуктов горения стелется по поверхности зольного остатка. Вторичный воздух подают через беспровальные плиты пода вдоль слоя твердого коксового остатка без его перемешивания. При этом поддерживают температуру в зоне 1050 - 1100^oC и коэффициент расхода воздуха - = 1,15 - 1,20. Отходящий из пиролизной камеры газ дожигают с помощью энергии топливных горелок. При этом процесс дожигания идет в турбулентном режиме за счет рассечения газового потока острым дутьем продуктов горения топливных горелок, при температуре 1100-1200^oC и = 1,20-1,25.

2. На установке термического обезвреживания отходов мощностью 100 кг/час ведут сжигание медицинских отходов, содержащих использованные бинты, вату, одноразовые шприцы, иглы, ампулы, флаконы, системы переливания крови, резиновые трубки и тому подобное. Больничные отходы в пакетах подают в загрузочный бункер камеры сжигания. Из бункера отходы поступают на колосниковую решетку, где их подвергают сжиганию при температуре 900 - 950^oC и коэффициенте расхода воздуха 0,90 - 0,95. Для поддержания температуры в камере сжигания установлена газовая горелка, факел которой направлен навстречу перемещения шихты по колосниковой решетке. При этом факел формируют в виде ударной струи, которую вдувают в сжигаемые отходы. Отходы при сжигании разделяются на твердый коксовый остаток и газообразную составляющую - пиролизный газ. Твердый коксовый остаток проваливается на подину печи, где его дожигают за счет подачи вторичного воздуха и продуктов горения газовой горелки. При этом воздух подается снизу вдоль пода, а факел горелки направляют вдоль поверхности коксового остатка, так что продукты горения мягко омывают поверхность коксового остатка без его ворошения. В этой зоне печи поддерживается температура 1050 - 1100^oC и коэффициент избытка воздуха 1,15 - 1,20. Оставшийся после дожигания твердый остаток удаляется через зольник в накопительный бункер. Дымовые газы из камеры сжигания, содержащие продукты неполного горения, поступают в камеру дожигания печи, температуру в которой поддерживают в пределах 1100 - 1200^oC как за счет дожигания продуктов неполного горения, так и за счет продуктов горения газовых горелок, факелы которых рассекают поток газа, поступающего в камеру дожигания.

Процесс дожигания газов ведут при коэффициенте избытка воздуха 1,20 - 1,25. Продукты полного горения пропускают затем через скруббер, систему газоочистки и выбрасывают в атмосферу.

Использование предложенного способа обезвреживания твердых отходов позволило увеличить производительность камерной печи на 15 - 20%, снизить затраты по сжиганию отходов на 10 - 15% и уменьшить нагрузку на систему пылегазоочистки.