способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Установка для переработки твердых бытовых и промышленных отходов, содержащая последовательно расположенные загрузочный бункер с загрузочным устройством, плавильную печь, камеру дожигания, рекуператор нагрева воздуха горения, теплоутилизатор, дымосос и дымовую трубу, средство подачи топлива, отличающаяся тем, что в качестве плавильной печи использована мартеновская печь, которая для очистки отходящих дымовых газов от пыли снабжена рукавным фильтром, установленным после теплоутилизатора, а для очистки отходящих дымовых газов от окислов углерода и окислов азота - каталитическим аппаратом, состоящим из вертикального корпуса с коническим днищем, внутри которого сверху вниз соответственно размещены вертикальный теплообменник, распределитель жидкости, абсорбционная секция, десорбционно-охладительная секция, отсасывающий зонт, соединенный с вентилятором, и трубка Вентури, причем коническое днище корпуса соединено трубопроводом через циркуляционный насос с распределителем жидкости, нижняя часть абсорбционной секции снабжена карманами для сбора насыщенного абсорбента, в узкой части трубки Вентури выполнено отверстие для подачи аммиачной воды, а широкая часть трубки Вентури снабжена по меньшей мере двумя поперечными сетками, причем отверстия нижней сетки не совпадают с отверстиями верхней сетки, а в полости между сетками расположены насадки катализатора, при этом в стенках трубки Вентури между сетками выполнены сквозные радиальные конические отверстия.

2. Способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов с использованием установки по п.1, включающий приготовление шихты в виде смеси отходов с флюсом, загрузку шихты и ее плавку в ванне мартеновской печи при температуре 1450-1500°С, при этом производят отвод выделяющихся горючих компонентов в камеру дожигания с утилизацией тепла отходящих дымовых газов, очистку отходящих дымовых газов от пыли производят в рукавном фильтре, а очистку отходящих дымовых газов от окислов углерода и окислов азота производят в каталитическом аппарате.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к области переработки твердых бытовых (ТБО) и промышленных отходов (ТПО) путем их сжигания, в частности, в мартеновской печи.

Известен способ сжигания твердых бытовых и прочих органических отходов, включающий сжигание ТБО при подаче предварительно нагретого воздуха, дожигание газообразных продуктов сжигания, последующую обработку для связывания хлористого водорода, хлора, фтористого водорода, пропускание через теплообменник-котел, газоочистку. Перед подачей в печь на сжигание отходы сепарируют, измельчают органическую часть отходов до размеров не более 100 мм, смешивают отходы с нагретым до температуры 300-400°С воздухом, подачу в циклонную печь осуществляют тангенциально с линейной скоростью не ниже 28 м/с (RU 2249766 С1, МПК, опубл. 08.05.2003 г.).

Недостатком аналога является необходимость проведения трудоемких и энергоемких подготовительных операций по сортировке, измельчению отходов перед их утилизацией, а также недостаточная экологическая безопасность в связи с несовершенством газоочистки.

Известен комплекс устройств для переработки твердых бытовых и промышленных отходов, содержащий печь, выполненную с окнами для загрузки отходов и флюсов, с отверстиями для удаления расплавленного металла и шлака, газоходом для отвода дымовых газов, фурмы в нижней части плавильной камеры, загрузочное устройство, теплообменник, дымосос и трубу (RU 2185572, МПК 7 F23G 5/00, опубл. 20.07.2002 г.).

Известна линия для переработки твердых бытовых отходов и строительного мусора, содержащая приемное устройство, сортировочный конвейер, транспортеры, агрегаты для извлечения отдельных составных компонентов ТБО (RU 2176566 С1, МПК В07В 9/00, опубл. 28.04.2001 г.).

Недостатком вышеуказанных устройств-аналогов является трудоемкость технологического процесса утилизации ТБО, низкая экологическая безопасность в связи с невозможностью очистки отработанных дымовых газов от окислов азота.

Наиболее близким аналогом группы изобретений, принятым в качестве прототипа, является способ и устройство переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающий предварительную обработку и загрузку твердых бытовых и промышленных отходов в реактор, нагрев, сушку, пиролиз и сжигание с образованием продуктов переработки в газообразной и жидкой фазе, вывод продуктов переработки из реактора. Нагрев, сушку, пиролиз ведут в реакторе при абсолютном давлении 0,08-0,095 МПа, 15-30% пиролизного газа используют в качестве технологического, а остальную его часть используют в качестве энергетического топлива, при этом технологический пиролизный газ предварительно смешивают с воздухом с коэффициентом избытка 1,0-4,69, причем предварительную обработку бытовых отходов производят путем измельчения, смешивания с флюсом и прессования, после чего их пакуют в герметичные упаковки, которые загружают в реактор через шлюзовую камеру, при этом упаковки выполнены цилиндрической формы из полимерной пленки (RU 2213908 С1, МПК F23G 5/00, 10.10.2003).

Недостатком прототипа является высокая трудоемкость технологического процесса утилизации твердых бытовых и промышленных отходов за счет наличия большого количества подготовительных и основных операций и оборудования для предварительной и окончательной обработки, а также отсутствие возможности очистки отработанных дымовых газов от окислов азота.

Задачей предлагаемой группы изобретений является снижение трудоемкости технологического процесса, уменьшение количества оборудования за счет исключения подготовительных операций, а также возможность очистки отработанных дымовых газов не только от хлористого и фтористого водорода, но и от окислов азота.

Технический результат применения установки для переработки твердых бытовых и промышленных отходов, содержащей последовательно расположенные загрузочный бункер с загрузочным устройством, плавильную печь, камеру дожигания, рекуператор нагрева воздуха горения, теплоутилизатор, дымосос и дымовую трубу, каталитический аппарат, средство подачи топлива, заключается в том, что в качестве плавильной печи использована мартеновская печь, для очистки дымовых газов от пыли она снабжена рукавным фильтром, установленным после теплоутилизатора, а для очистки отходящих дымовых газов от окислов углерода и окислов азота - каталитическим аппаратом, состоящим из вертикального корпуса с коническим днищем, внутри которого сверху вниз соответственно размещены вертикальный теплообменник, распределитель жидкости, абсорбционная секция, десорбционно-охладительная секция, отсасывающий зонт, соединенный с вентилятором и трубка Вентури, причем коническое днище корпуса соединено трубопроводом через циркуляционный насос с распределителем жидкости, нижняя часть абсорбционной секции снабжена карманами для сбора насыщенного абсорбента, в узкой части трубки Вентури выполнено отверстие для подачи аммиачной воды, а широкая часть трубки Вентури снабжена по меньшей мере двумя поперечными сетками, причем отверстия нижней сетки не совпадают с отверстиями верхней сетки, а в полости между сетками расположены насадки катализатора, при этом в стенках трубки Вентури между сетками выполнены сквозные радиальные конические отверстия.

Технический результат от применения способа переработки твердых бытовых и промышленных отходов в предлагаемой установке достигают за счет того, что способ включает приготовление шихты в виде смеси отходов с флюсом, загрузку шихты, ее плавку в ванне мартеновской печи при температуре 1450-1500°С, при этом производят отвод выделяющихся горючих компонентов в камеру дожигания с утилизацией тепла отходящих газов, очистку отходящих газов от пыли в рукавном фильтре, а очистку отходящих дымовых от окислов углерода и окислов азота производят в каталитическом аппарате.

Переработка отходов ТБО и ТПО в мартеновской печи в высокотемпературном шлаковом расплаве (1450-1500°С) позволяет утилизировать широкую гамму бытовых и промышленных отходов органического и неорганического происхождения без их сортировки и специальной подготовки. Предлагаемая технология универсальна, она позволяет совместно обрабатывать ТБО и ТПО различного состава и фракций без предварительной подготовки: сортировки, высушивания, дробления, сепарации, извлечения черных и цветных металлов, а также стеклобоя, пластмасс и др., что невозможно при утилизации отходов на мусоросжигательных заводах.

Очистка дымовых газов от окислов азота в каталитическом аппарате осуществляется путем реакции селективного каталитического восстановления, заключающейся в восстановлении окислов азота до молекулярного азота и воды с помощью аммиака (восстановитель) в присутствии катализатора (двуокись ванадия или титана)

где NO₂, NO - окислы азота; NH₃ аммиак; N₂ - азот; Н₂О - вода.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства, на фиг.2 - разрез А-А.

Устройство (фиг.1 и фиг.2) включает загрузочный бункер 1 с загрузочным устройством 2, средство подачи топлива 3, мартеновскую печь 4, камеру дожигания 5, рекуператор 6 нагрева воздуха горения, теплоутилизатор 7, рукавный фильтр 8, каталитический аппарат 9, средство подачи воды 10, транзитный газоход 11, вертикальный корпус 12 с коническим днищем, вертикальный теплообменник 13, распределитель жидкости 14, абсорбционную секцию 15, десорбционно-охладительную секцию 16, отсасывающий зонт 17, вентилятор 18, циркуляционный насос 19, карман 20 для сбора насыщенного адсорбента, газоход 21, вытяжной канал 22. Трубка Вентури 23 расположена ниже десорбционно-охладительной секции, в узкой части которой имеется отверстие 24 для подачи аммиачной воды, широкая часть трубки снабжена поперечными сетками 25, в полости между сетками расположены насадки 26 катализатора, а в стенках трубки между сетками выполнены сквозные радиальные конические отверстия 27. Очищенные дымовые газы дымососом 28 перекачиваются в дымовую трубу 29.

Установка работает следующим образом. Шихта, состоящая из отходов ТБО и ТПО и флюсов, которые вводят в шихту для образования шлака, через бункер 1 и загрузочное устройство 2, загружается мартеновскую печь 4. В состав флюсов могут входить материалы преимущественно минерального происхождения (известь, бокситы, плавиковый шпат). Включается средство подачи топлива 3, и шихта расплавляется в ванне мартеновской печи. Шлаки выпускаются в ковш через сливное отверстие (не показано). Отработанные дымовые газы, включающие окислы углерода и азота, из свода мартеновской печи через камеру дожигания 5, рекуператор 6 нагрева воздуха горения, теплоутилизатор 7 рукавный фильтр 8 поступают в верхнюю часть вертикального корпуса 12 каталитического аппарата 9.

В камере дожигания 5 поддерживается температура 900-1100°С. Температура в мартеновской печи и камере дожигания, а также процессы разогрева футеровки печи перед началом работы обеспечиваются с помощью дутья от фурм, которые могут работать на природном газе или мазуте (не показано). Для снижения вторичного образования окислов углерода и азота дутье обогащается кислородом. Нагретый в рекуператоре 6 воздух направляется в печь и фурмы для стабилизации и поддержания температуры нагрева. Дымовые газы, поступающие из теплоутилизатора 7, очищаются в рукавном фильтре 8 от пыли. В каталитическом аппарате 9 производится очистка газов от окислов азота. В последнем, минуя теплообменник 13 и распределитель воды 14, дымовые газы конденсируются с образованием конденсата, который через абсорбционную секцию 15, десорбционно-охладительную секцию 16 поступают в трубку Вентури 23. В абсорбционной 15 и десорбционно-охладительной 16 секциях с помощью сорбента, состоящего из мелочи древесного угля, из конденсата частично поглощаются окислы углерода. Насыщенный абсорбент через карманы 20 самотеком перетекает из абсорбционной секции 15 в десорбционно-охладительнную секцию 16. Для повторной очистки конденсат посредством циркуляционного насоса 19 подается в распределитель жидкости 14. Подача воды в корпус производится с помощью средства подачи воды в виде форсунок 10. Выделяющиеся из конденсата окислы углерода удаляются из корпуса установки через отверстия 27 с помощью отсасывающего зонда 17. Через отверстие 24 аммиачная вода впрыскивается в узкую часть трубки Вентури 14, в которой происходит реакция селективного каталитического восстановления окислов азота до молекулярного азота и воды в присутствии катализатора (двуокись ванадия или титана). Таким образом в устройстве производится очистка дымовых газов от окислов азота.

Образовавшийся в результате реакции азот выводится из трубки Вентури через сквозные радиальные конические отверстия 27 и удаляется из корпуса через отсасывающий зонд 17, а вода поступает в конденсат. Коническая форма отверстий 27 способствует большей скорости удаления молекул азота из трубки Вентури. Очищенные дымовые газы через газоход 21 удаляются из каталитического аппарата 9 и через дымосос 28 и трубу 29 выбрасываются в атмосферу.

Предлагаемое изобретение позволяет утилизировать ТБО И ТПО без предварительной сортировки, измельчения, что намного упрощает и удешевляет процесс. Кроме того, повышается экологическая безопасность утилизации ТБО за счет того, что степень очистки дымовых газов от окислов углерода и азота составляет 99,3%.