Установка для термической обработки отходов и способ термической обработки отходов - RU2088631C1
Код документа: RU2088631C1
Описание
Изобретение касается установки для термической обработки отходов, которая имеет реактор полукоксования для переработки отходов в полукоксовый газ и твердый остаток. К реактору полукоксования присоединено устройство для отвода и разделения продуктов переработки на содержащий тонкодисперсную пыль полукоксовый газ и твердый остаток. Непосредственно за ним следует устройство для разделения твердого остатка на грубую фракцию и мелкую фракцию. От этого устройства отходит трубопровод для подачи мелкой фракции к работающей с избытком кислорода камере сгорания. Трубопровод для подачи содержащего тонкодисперсную пыль полукоксового газа также входит в камеру сгорания. От камеры сгорания отходит трубопровод для отвода расплавленного шлака. Благодаря этому шлак попадает в охлаждающее устройство. Кроме того от камеры сгорания отходит трубопровод для отвода дымового газа, с помощью которого камера сгорания соединена с дымовой трубой.
Изобретение касается также способа термической обработки отходов, причем отходы подвергаются полукоксованию при температуре порядка от 300 до 700oC при недостатке кислорода, вследствие чего получают полукоксовый газ и твердый остаток. Твердый остаток разделяют на грубую фракцию и мелкую фракцию. Мелкая фракция и полукоксовый газ сжигаются с образованием дымового газа и расплавленного шлака, а грубая фракция удаляется. Такая установка известна, например, из патента ФРГ 2432504. В этой установке отходы (например, бытовые отходы) подвергаются швелеванию при температуре между 300 и 600oC без доступа воздуха, а получаемый при этом швельгаз непрерывно направляется через раскаленный слой кокса, который образуется из швелькокса и подведенного подогретого свежего воздуха. В слое кокса швельгаз преобразуется в высокоэнергетический горючий газ. В этом процессе подводится лишь столько кислорода (воздуха), сколько необходимо, чтобы поддержать температуру в слое кокса. К слою кокса подводится не только швелькокс, полученный в процессе швелевания, но в случае необходимости также высококачественный носитель углерода, как, например, швелькокс из бурого угля или древесный уголь. Полученный горючий газ из-за происходящего при протекании через камеру сгорания и раскаленный слой кокса расщепления более длинных молекулярных цепей почти не содержит органических вредных компонентов. Он может охлаждаться в теплообменнике и затем очищаться в установке для газоочистки, затем он может применяться для целей обогрева или для работы ДВС. Характерная особенность такой установки для термической обработки отходов заключается в том, что она чаще всего находится не в непосредственной близости от потребителя горючего газа. Поэтому к стоимости установки еще нужно добавить стоимость сооружения обширной сети газопроводов до отдельных потребителей. Очень важным является то, что твердые отходы швелевания складируются в специальных захоронениях. Здесь нужно опасаться того, что содержащиеся в отходах вещества, как соединения тяжелых металлов, с течением времени вымываются или выщелачиваются и проникают в грунтовые воды или в водные потоки. Кроме того, бесполезно теряется содержащаяся в остатках от швелевания термическая энергия.
Чтобы устранить названный последним недостаток, предусмотрено разделение остатка от швелевания после измельчения путем просеивания на грубую фракцию (неорганические вещества, как металлы, керамика, стекло) и на мелкую фракцию (высокая доля углеродсодержащих компонентов) [1] Из более грубой фракции выделяются металлы. Мелкая фракция вместе с углем в еще более измельченной форме сжигается в камере сгорания и, таким образом, термически используется. К камере сгорания также подводится получаемый при швелевании швельгаз, из которого в конденсаторе прежде всего удаляются масла и смолы с высокой точкой кипения. Здесь нужно отметить, что камера сгорания в известных установках является топочной камерой обычной установки для сжигания угля и что камера сгорания является частью парогенератора. Из-за обычного для таких установок охлаждения стен камеры сгорания нужно опасаться, что вредные вещества как при сжигании швельгаза, так и при сжигании остатков от процесса швелевания могут по меньшей мере частично покинуть использованную установку для сжигания и попасть в окружающую среду (воздух, специальное захоронение, землю, воду). Это действительно, например, не только для органических вредных веществ, но также и для окислов тяжелых материалов, как окислы кадмия, цинка, ртути и таллия. О применении отходов после камеры сгорания ничего не говорилось.
Также известны способ и устройство для термической обработки отходов [2] Установка пригодна только для бытового мусора. Полное сжигание отходов, теплота сгорания которых очень мала, с помощью этой установки невозможно. Кроме того, все перерабатываемые отходы вначале загружаются в реактор полукоксования, так что требуется относительно большой реактор полукоксования.
Целью любой обработки отходов всегда должно быть уменьшение, как только это возможно, загрязнения отходами любого вида окружающей среды.
В особенности тогда, когда должны быть обработаны отходы с небольшой теплотворной способностью, в известных установках не гарантируется самостоятельное и полное сжигание отходов, так что обычно остаются несгоревшие вредные вещества.
В основу изобретения положена задача так выполнить установку для термической обработки отходов названного вида, особенно для обработки отходов с небольшой теплотворной способностью, что в значительной степени устраняются органические и неорганические вредные вещества и что получается минимальное количество неиспользуемых в дальнейшем остатков отходов, которые должны быть захоронены. Также должны быть минимальными инвестиции, а общий КПД установки должен быть максимальным. Далее, для обработки отходов должен быть разработан экономичный способ.
В соответствии с изобретением задача создания надлежащей установки решается благодаря тому, что камера сгорания дополнительно оснащена трубопроводами для непосредственной подачи пылевидных сухих и/или жидких отходов и трубопроводом для подачи дополнительного топлива.
В соответствии с изобретением задача разработки надлежащего способа решается благодаря тому, что в качестве отходов используются загрязненная земля, и/или загрязненные грубые отходы, и/или пастообразные отходы, и/или жидкие отходы, и/или инертные отходы и для сжигания дополнительно подаются пылевидные сухие отходы и/или жидкие отходы.
С помощью установки и способа в соответствии с изобретением достигается преимущество, заключающееся в том, что даже отходы с небольшой теплотой сгорания, которые помимо этого могут содержать органические и неорганические вредные вещества, обрабатываются таким образом, что образуется по возможности немного осадков, которые не пригодны для дальнейшего использования. Кроме того инвестиционные расходы на установку относительно невелики.
Устройство для разделения остатков, присоединяемое к устройству для выгрузки остатков из реактора для получения швельгаза, обеспечивает разделение или специальный рассев остатков от швелевания на грубую фракцию, например, с величиной частиц больше, чем 5 мм, и на мелкую фракцию, например, с частицами, меньшими, чем 5 мм. Образуемая в реакторе швельгаза мелкая пыль вместе со швельгазом подается непосредственно в камеру сгорания. Путем разделения (например, рассева) остатков от швелевания проводится отделение несгораемых составных частей (как камни, бой стекла, остатки фарфора, металлические детали), то есть крупной фракции, от в значительной степени сгораемых составных частей (швелькокс из, например, дерева, пластмассовых деталей, волокна, но также мелкодисперсные инертные вещества, как, например, стеклянная и каменная пыль и т.д.), то есть мелкой фракции. Это дальнейшее присоединяемое к процессу швелевания в реакторе для получения швельгаза отделение несжигаемых веществ от еще сжигаемых в дальнейшем веществ создает предпосылку того, что последние могут быть досожжены без проблем выброса вредных газов. Одновременно достигается то, что удаляемые из реактора для получения швельгаза несжигаемые металлы, камни, стекла в значительной степени не будут окислены, то есть остаются пригодными для дальнейшей переработки.
Наконец, благодаря выделенной смеси из остатков от швелевания и мелких инертных частиц при сжигании ее получается дополнительное тепло.
При рациональном исполнении изобретения в устройстве для разделения остатков прежде всего могут быть отделены мелкие частицы от крупных путем рассева и/или путем выдувания (пневматическая сепарация). При этом остаются на месте более тяжелые крупные частицы; таким образом, они могут быть отсепарированы отдельно. Этот вид разделения надежен и может осуществляться с не слишком большими затратами. Для выдувания используется дымовой газ из магистрали дымового газа при увеличении его давления или воздух.
Выдающая расплавленный шлак камера сгорания является плавильной камерой сгорания, например, обычного типа. Сжигаемые вещества подводятся к ней трубопроводами или другими транспортными устройствами.
В следующем рациональном исполнении изобретения камера сгорания, выдающая расплавленный шлак, может быть предусмотрена в виде высокотемпературной камеры сгорания, то есть с температурой стенок выше 1200oC и также эксплуатироваться при этой температуре. При такой высокой температуре разлагаются все органические вредные вещества, переходят в расплавленное состояние и могут отводиться. К высокотемпературной камере сгорания предпочтительно подводятся наряду с остатками от швелевания и швельгазом также мелкодисперсные инертные материалы. Последние, сухие отходы и жидкие отходы, например химические растворы, могут непосредственно подводиться в камеру сгорания. Также к горелке камеры сгорания может подводиться дополнительное топливо, например жидкое топливо или природный газ, если недостаточно для сжигания теплотворной способности отходов. Камера сгорания для щвельгаза и камера сгорания для остатков швелевания также могут быть различными. Обе камеры могут быть выполнены как плавильные камеры сгорания. Еще сохраняющиеся в дымовых газах вредные вещества могут выделяться в обычной очистной установке для дымовых газов.
Предлагаемые установка и способ отличаются своими чрезвычайными возможностями реализации отходов в материальном и энергетическом смысле. При меньших остаточных вредных выделениях газов получается пониженная по вредности для окружающей среды обработка отходов. Галогенизированные углеводороды, как, например, диоксины и фураны и другие органические вредные вещества, которые содержатся в швельгазе, обезвреживаются. Твердые остатки от швелевания, как показали исследования, в значительной степени свободны от органических вредных веществ; но они содержат тяжелые металлы, как кадмий, ртуть, которые обычным образом не могут быть захоронены без обезвреживания. Органические вещества, имеющиеся в остатках от швелевания или непосредственно подаваемые в жидком виде в камеру сгорания, сжигаются и тем самым ликвидируются.
Несгораемые составные части остатков от швелевания частично сепарируются в крупной фракции и могут при известных условиях использоваться в дальнейшем; частично они преобразуются в расплавленный шлак. Шлак после охлаждения находится в остекленевшей форме. Содержащиеся в шлаке вещества, например тяжелые металлы, надежно заперты; они, например, не могут выщелачиваться. В качестве дополнительного преимущества нужно указать на возникновение только небольшого количества газообразных отходов и на хорошее термическое использование исходных отходов.
Под термином "отходы" в данном случае понимаются такие отходы и смеси отходов, которые в отличие от бытовых отходов в общем обозначаются как специальные отходы, как, например, зараженная земля, которая может быть заражена органическими или неорганическими вредными веществами, пастообразные и жидкие отходы, например отработавшие масла, зараженное дерево, отходы из-за транспортных катастроф, шлам любого вида, пластмасса и смеси пластмасс.
Термин "швелевание" означает термическое разложение прежде всего органических веществ при повышенных температурах, например 300-700oC. Швелевание проводится при недостатке кислорода.
На чертеже показана схематически установка для термической обработки отходов согласно изобретению.
Устройство и взаимодействие отдельных узлов установки для термической обработки отходов.
Поз. 1 в целом обозначено устройство для подвода или подачи твердых и пастообразных отходов в реактор 2 швелевания. Такими твердыми отходами может быть, например, зараженная земля, которая должна быть обеззаражена. Заражение может возникать из-за тяжелых металлов, органических веществ любого вида или из-за неорганических веществ, содержащих HCl или CH-. Земля может быть собрана в промышленных зонах или может быть заражена в результате аварий транспорта. К этой зараженной земле могут перед реактором 2 швелевания добавляться, например, пастообразные отходы. Реактор 2 в примере исполнения является обычным барабаном для швелевания, работающим при температуре от 300 до 700o C, который эксплуатируется в значительной степени при отсечке доступа кислорода и производит наряду с летучим швельгазом твердые остатки от швелевания. К барабану 2 со стороны выхода или выноса подключено устройство для выгрузки, снабженное патрубком 4 для отвода швельгаза и транспортным устройством или трубопроводом 5 для выноса твердых остатков швелевания. Присоединенный к патрубку 4 для вывода швельгаза устройства 3 для выгрузки трубопровод 6 швельгаза соединен с горелкой 7 высокотемпературной камеры 8 сгорания.
Высокотемпературная камера 8 сгорания рассчитана на температуру выше 1200oC. Она на определенной длине не охлаждается. Таким образом, гарантируется, что время пребывания введенного газа в зоне температур свыше 1000oC (также и на стенках) будет достаточно велико, чтобы осуществить термическое разложение органических веществ. Время пребывания составляет приблизительно от 1 до 5 с после выгорания пламени. Камера 8 сгорания оснащена теплоизоляцией 9. К выходящему из высокотемпературной камеры 8 сгорания трубопроводу 10 дымовых газов последовательно друг за другом (в задаваемой последовательности) присоединены парогенератор-утилизатор 11, пылеулавливающий фильтр 12, устройство 13 для очистки дымовых газов и дымовая труба 14. Горелка 7 высокотемпературной камеры 8 сгорания снабжается свежим воздухом по трубопроводу 15, который запитывается свежим воздухом с помощью воздушного компрессора 16 от воздухозаборника 15a. Этот свежий воздух также может подогреваться (не показано).
Как показано на чертеже, после пылеулавливающего фильтра 12 на трубопроводе 10 в точке 17 предусмотрено ответвление 18, к которому присоединена магистраль 19 для рециркуляции дымовых газов. По магистрали 19 дымовой газ, который уже охлажден и обеспылен, может подводиться к горелке 7 высокотемпературной камеры 8 сгорания с целью регулирования температуры. Альтернативно или дополнительно он также может вдуваться в ее пламя.
Паровой котел-утилизатор 11 охлаждает дымовой газ и отдает получаемое тепло для дальнейшего использования, например, паросиловой электростанции, или теплолификационным установкам, или потребителям пара для технологических процессов.
Трубопровод 5 устройства 3 для выноса остатков швелевания ведет к установке 20 для разделения остатков швелевания. В этом устройстве 20, которое может быть выполнено в виде сит или воздушной сепарации, отводимый остаток швелевания делится на мелкую фракцию и крупную фракцию. Фракция мелких частиц включает, например, сгораемую мелкодисперсную пыль и мелкодисперсные инертные частицы. Крупная фракция включает в основном негорючие составные части, как камни, бой стекла, остатки фарфора и металлические детали.
Устройство 20 для разделения остатков имеет два отводящих трубопровода, а именно трубопровод 21 для мелких частиц и трубопровод 22 для крупных частиц, например, имеющих диаметр больше, чем 5 мм. Трубопровод 21 ведет к измельчающему устройству 23. Отсюда магистраль 24a ведет в промежуточный бункер (промежуточное хранилище) 25 для измельченных мелких частиц. Из промежуточного бункера 25 выходит магистраль 24b. Здесь эта магистраль 24b ведет непосредственно в комбинированную горелку 7 для сжигания газа и пылевидного топлива. Кроме того, она в виде (обозначенного штрихами) трубопровода 24c может вести к отдельной горелке 7a для пылевидного топлива. В трубопроводе 24b находится дозирующее устройство 26, например регулируемое транспортное средство, чтобы регулировать температуру или теплопроизводительность камеры сгорания 8.
Магистраль 22 для специфических тяжелых крупных частиц ведет в контейнер 27. В нем собираются преимущественно камни, стекло, керамика, а также металлические части. Эти материалы могут подводиться для дальнейшего использования. Магистраль 22 может также вести к устройству для извлечения металла (не показано), в котором металлические предметы отделяются от камней, а также от стеклянных или керамических предметов.
Летучая зола (пыль), выпадающая в пылеулавливающем фильтре 12 и при известных условиях также в парогенераторе-утилизаторе 11, может вдуваться по обратной магистрали 28 для золы в высокотемпературную камеру сгорания 8 или по обозначенному штрихами отводу 29 от магистрали 28 может возвращаться в барабан 2 швелевания. Для вдувания обратная магистраль 28 для золы через клапан 30 и через компрессор 31, повышающий давление, присоединена на выходе пылеулавливающего фильтра 12 к магистрали 10 дымового газа.
Непосредственно в горелку 7 могут подаваться жидкие отходы, например отработавшие масла и трансформаторные масла. Для этого служит питающая магистраль 32. Пылевидные и сухие отходы, например порошкообразные химикалии, могут непосредственно подаваться по питающей магистрали 33 в магистраль 24b, которая, как правило, оканчивается в горелке. В случае, если поданных материалов недостаточно для работы горелки 7, по питающей магистрали 34 к горелке 7 подводится дополнительное топливо, как жидкое топливо или природный газ.
Высокотемпературная камера сгорания 8 оснащена отводом 35 для шлака. Через этот отвод расплавленный шлак отводится в емкость 36 с водой. Здесь он застывает в стекловидный гранулят.
При нагреве в барабане 2 для швелевания отходы при температуре от 300 до 600oC частично газифицируются. Возникающий при этом швельгаз и часть возникающей пыли направляются по выносному или отводящему швельгаз патрубку 4 выносного устройства 3 и по магистрали 6 для швельгаза в горелку 7 высокотемпературной камеры сгорания 8. Там швельгаз, содержащий органические и неорганические вредные вещества, сгорает со свежим воздухом, подведенным от воздушного компрессора 16 по магистрали 15 свежего воздуха, то есть при избытке кислорода или воздуха. При этом температура в высокотемпературной камере сгорания 8 сохраняется выше 1200oC. При этой высокой температуре разрушаются все длинные молекулярные цепи органических вредных веществ. Чтобы удержать газы достаточно долго и стабильно на температурном уровне около 1200oC, в примере исполнения высокотемпературная камера сгорания 8 не охлаждается на некоторой длине. Регулирование температуры на задаваемом значении выше 1200oC происходит с помощью регулятора ( не показан), например с помощью регулированного дополнительного дозирования остатков от швелевания, благодаря более или менее интенсивному вдуванию охлажденного дымового газа, который ответвляется за парогенератором-утилизатором 11, а в показанном примере исполнения даже за пылеулавливающим фильтром 12, и по магистрали 19 для рециркуляции (возврата) дымового газа подводится к горелке 7; или с помощью сжигания дополнительного топлива или жидких отходов с высокой теплотворной способностью, например отработанного масла и т.п.
Как уже говорилось, охлажденный дымовой газ может вводиться непосредственно в горелку 7 высокотемпературной камеры сгорания 8, чтобы таким образом влиять на температуру камеры сгорания или пламени. Но он также может вдуваться рядом с пламенем. В парогенераторе-утилизаторе 11 на поверхности 37 нагрева создается водяной пар, который может быть использован в качестве технического пара (пара, используемого в технологических процессах) для внутренних и/или для внешних потребителей.
Для транспортирования газа в магистраль 19 возврата дымового газа и в магистраль 15 свежего воздуха встраиваются газовые компрессоры 38 или 16.
Твердые остатки швелевания, отводимые с помощью выносного устройства 3 из барабана 2 швелевания, делятся в устройстве 20 для разделения остатков на фракцию мелких частиц и фракцию крупных частиц. Мелкие частицы поступают в измельчающее устройство 23. Этим устройством чаще всего является валковая дробилка.
Возврат летучей золы, отводимой из пылеулавливающего фильтра 12 и из парогенератора-утилизатора 11, в высокотемпературную камеру сгорания 8 производится по магистрали 28 возврата золы для того, чтобы летучую золу там расплавить и смешать со шлаком высокотемпературной камеры сгорания 8. Таким же образом при возврате летучей золы по отводу 29 в барабан 2 швелевания летучая зола смешивается с остатками и снова подается с пылью швельгаза или с мелкодисперсными остатками в камеру сгорания 8. Шлак отводится по отводу 35 на нижнем конце высокотемпературной камеры сгорания 8 и быстро охлаждается в водяной емкости 36 в системе удаления шлака мокрым способом. В водяной ванне возникает гранулят, который может использоваться для строительства дорог и подобных целей.
Благодаря отделению крупных частиц остатка швелевания, в особенности всех металлических предметов, от мелких частиц, то есть от сжигаемых составных частей и мелкодисперсных инертных частиц, перед вводом в высокотемпературную камеру сгорания 8 достигается следующее: отделяемые крупные частицы в этом месте установки имеются в гигиенически безупречном и точно отсортированном состоянии и поэтому наилучшим образом пригодны для длительного промежуточного хранения и дальнейшей транспортировки. При этом неокисленное состояние металла особенно рационально для дальнейшей обработки. Одновременно могут отделяться в устройстве 20 для разделения остатков камни, керамические предметы и бой стекла и затем без проблем использоваться дальше или захороняться. Это вновь приносит с собой то, что расходы на устройство 23 для измельчения мелких частиц очень малы.
Тяжелые металлы, как, например, ртуть и кадмий, которые уже при температуре швелевания испаряются и преимущественно осаждаются на остатках от швелевания, испаряются и окисляются в высокотемпературной камере сгорания 8 при сжигании мелкодисперсной пыли. Эти окислы тяжелых металлов выделяются частично, например окиси кадмия и цинка, с летучей пылью в виде твердых веществ в установках 11 и 12 и частично, например окиси ртути, в отсепарированном твердом веществе установки 13 для очистки дымового газа.
С помощью возврата летучей пыли по магистрали 28 в высокотемпературную камеру сгорания 8 рециркулируют эти тяжелые металлы до тех пор, пока они не будут связаны в шлаках или не будут удалены с твердым веществом, выделенным при очистке дымового газа.
Содержание окиси азота в дымовом газе в установке для термической обработки отходов удерживается на низком уровне. Это обусловлено примешиванием холодного дымового газа непосредственно в горелке 7 или рядом с горелкой 7 в высокотемпературной камере сгорания 8 (рециркуляции дымового газа).
Реферат
Использование: в термической обработке отходов. Сущность изобретения: установка включает реактор 2 швелевания для переработки отходов в швельгаз и твердый остаток, камеру сгорания 8, к которой для сжигания подводят швельгаз, устройство 20 для разделения твердого остатка на крупные и мелкие частицы, мелкие частицы подводят к камере сгорания 8 для сжигания. Непосредственно к камере сгорания 8 подводят пылевидные отходы и/или жидкие отходы, дополнительное топливо. Камера сгорания снабжена трубопроводом 35 для отвода расплавленного шлака. Шлак охлаждают, например, в водяной бане. По трубопроводу 10 дымового газа отводят дымовой газ. 3 с. и 16 з. п. ф-лы, 1 ил.
