способ обезвреживания и уничтожения твердых отходов, преимущественно госпитальных, и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обезвреживания и уничтожения твердых отходов, преимущественно госпитальных, содержащих горючие материалы, включающий загрузку отходов в камеру газификации, организацию их первоначального зажигания с образованием зоны газификации отходов путем подачи в нее газифицирующего агента, продвижение отходов по камере в зону газификации в процессе переработки, проведение пиролиза при относительном недостатке воздуха и последующее дожигание продуктов пиролиза в камере дожигания при избытке воздуха, регулирование подачи воздуха в зависимости от температур в камерах газификации и дожигания, отличающийся тем, что вывод газообразных продуктов газификации осуществляют непосредственно из зоны газификации при температуре не ниже 800^oС и обеспечивают подвод тепла к зоне газификации путем нагрева отходящими газами стенок камеры газификации при температуре в пределах 800 - 1200^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируют отбор тепла отходящих газов путем перераспределения потоков газифицирующего агента и вторичного воздуха между подающими устройствами камер газификации и дожигания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят очистку газообразных продуктов газификации, направляемых из камеры газификации в камеру дожигания, от вредных газовых примесей, например, пропуская их через слой или несколько слоев материалов, поглощающих и/или нейтрализующих эти примеси.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепло отходящих газов отбирают для получения водяного пара и введения его в состав газифицирующего агента, подаваемого в зону газификации.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрузку отходов в камеру газификации осуществляют в контейнерах.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что зажигание отходов осуществляют путем кратковременного нагрева потока газифицирующего агента и/или отходов в зоне газификации с помощью дополнительного источника нагрева.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что при переработке низкокалорийных отходов мощность дополнительного источника нагрева регулируют в зависимости от температуры в камере дожигания.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед завершением работы, когда объем камеры газификации вне зоны газификации свободен от перерабатываемых отходов, внутреннюю поверхность камеры дезинфицируют посредством перераспределения подачи газифицирующего агента.

9. Устройство для обезвреживания и уничтожения твердых отходов, преимущественно госпитальных, содержащих горючие материалы, включающее камеру газификации с отверстиями для регулируемой подачи кислородсодержащего газифицирующего агента и отверстиями для вывода газообразных продуктов в камеру дожигания, камеру дожигания с отверстиями для ввода вторичного воздуха, отличающееся тем, что камера газификации частично, той своей частью, где расположена зона газификации, погружена в камеру дожигания.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что камера дожигания снабжена теплообменником.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено устройством регулирования, включающим датчики для измерения температур в камерах газификации и дожигания и соответствующие исполнительные механизмы регулирования расходов и перераспределения потоков газифицирующего агента и вторичного воздуха между подающими устройствами камер газификации и дожигания.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным источником нагрева, например электронагревателем, в области зоны газификации и устройством управления, включающим датчик для измерения температуры в камере дожигания и соответствующие исполнительные устройства для регулирования мощности дополнительного источника нагрева в зависимости от измеряемой температуры.

13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что камера газификации снабжена подающими устройствами высокотемпературного газифицирующего агента, обеспечивающего дезинфекцию стенок камеры.

14. Устройство по пп.9 13, отличающееся тем, что камера дожигания выполнена в виде двух или более последовательных объемов.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что один из разделенных объемов выполнен в виде циклона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обезвреживания и экологически чистого уничтожения больничных и других твердых отходов, содержащих в основном горючие материалы, путем их сжигания.

При переработке такого рода отходов требуется обеспечить при высоких температурах такую полноту сгорания всех входящих в состав отходов горючих материалов, чтобы и негорючие остатки, и газообразные продукты горения не содержали микрофлоры, вредных веществ и неприятных запахов. В настоящее время большая часть больничных отходов направляется на мусоросжигающие заводы для уничтожения вместе с бытовым (коммунальным) мусором. Недостатком такого метода является высокий риск заражения при транспортировке опасных инфицированных отходов или большие затраты на их предварительную дезинфекцию перед транспортировкой.

Сжигание таких отходов непосредственно в местах их образования (в клиниках, госпиталях, больницах) могло бы существенно снизить затраты и риск заражения, связанные с транспортировкой, однако небольшие установки (печи) для сжигания мусора, как правило, несовершенны и не удовлетворяют современным требованиям по чистоте выбросов, надежности и простоте обслуживания. Они особенно интенсивно загрязняют окружающую среду в моменты запуска и остановки, а во время работы после направления в топку свежих порций мусора, вызывающих перегрузку из-за значительного газовыделения при их воспламенении и сгорании. Такие печи в отличие от крупных печей легко могут быть выведены из нормального режима работы из-за разброса состава и свойств перерабатываемых отходов (влажности, калорийности и т.д.), что тоже приводит к увеличению вредных выбросов.

Простым, но достаточно эффективным техническим решением являются способ и печь для газификации твердого топлива и последующего сжигания полученных газов [1] Авторами предложена печь-газогенератор для газификации твердого топлива, такого как дрова, уголь, брикеты, коммунальные отходы и т.д. с последующим сжиганием полученных газов в газовой горелке непосредственно вслед за процессом газификации, осуществляемым в печи. Для повышения термического КПД при использовании названных топлив в виде горючего газа воздух, подаваемый как в зону газификации, так и в газовую горелку, подогревают за счет тепла, выделяющегося при газификации. Этот подогрев достигают тем, что потоки первичного и вторичного воздуха, проходя через полые камеры, выполненные в многослойной стенке камеры газификации печи, отбирают часть тепла, выделяющегося при газификации топлива.

Организация зоны газификации только в части загруженного топливом объема камеры газификации в нижней ее части практически снимает проблему перегрузок при переработке таких видов топлива, как уголь или брикеты, поскольку топливо может поступать в зону газификации лишь постепенно по мере его расходования в процессе переработки. Однако отбор тепла из зоны газификации является недостатком известного технического решения, так как это может приводить к погасанию низкокалорийного топлива, что накладывает ограничения на его состав.

Известен также метод Andco-Torrax для сжигания твердых горючих отходов путем их газификации при подаче первичного предварительно подогретого воздуха в камеру газификации, выведении продукт-газа противотоком к продвижению отходов в камере через слой свежезагруженных отходов и его последующее дожигание в соответствующей камере [2] Шлак выводится из зоны газификации жидким при температуре выше 1300^oC. Подогрев газифицирующего агента за счет тепла дымовых газов позволяет расширить диапазон составов отходов, которые могут газифицироваться этим способом. Вместе с тем, организация жидкого шлакоудаления в этом процессе весьма сложна и делает невозможным его применение для маломасштабных установок. Кроме того, для установок малого масштаба представляла бы сложность организация горения продукт-газа, охлажденного при фильтрации через слой отходов.

Наиболее близкими к заявляемому техническому решению по своему назначению являются способ сжигания твердых больничных, бытовых и промышленных отходов и печь для его осуществления [3] Как утверждают авторы патента, способ совершенно исключает загрязнения окружающей среды независимо от уровня подготовки обслуживающего персонала и отличается тем, что в нем последовательно осуществляют фазы зажигания, пиролиза, сжигания и охлаждения с непрерывным автоматическим контролем температуры и разрежения путем воздействия на расход поддерживающего горение воздуха и работу горелок печи, в которой осуществляют предлагаемый процесс. Это позволяет исключить перегрузки, вызываемые направлением свежих порций мусора в топку. Основными недостатками данного способа являются относительно высокая энергоемкость, сложность оборудования, необходимость дополнительного энергоносителя (горючего газа) для поддержания процессов пиролиза и сжигания.

Целью настоящего изобретения является экологически чистое обезвреживание и уничтожение больничных и других твердых отходов, содержащих горючие материалы, с минимальными затратами дополнительных энергоносителей, обеспечением автоматизации управления процессом переработки, позволяющей получать надежные результаты в широком диапазоне состава и свойств перерабатываемых отходов, в том числе увлажненных, а также возможности непрерывного режима процесса переработки, уменьшающего количество вредных выбросов, связанных с моментами запуска и остановки печи.

На фиг. 1 представлена схема печи-газификатора; на фиг. 2 схема лабораторной модели печи-газификатора.

Отходы загружают в камеру газификации 1 печи-газификатора (см. фиг. 1), в этой камере организуют зону газификации загружаемых отходов 2, подавая в нее воздух в качестве гизифицирующего агента 3; обеспечивают продвижение отходов по камере газификации и их поступление в эту зону по мере их расходования в процессе газификации; образующиеся в процессе газификации газообразные продукты 4 направляют в камеру дожигания 5 печи-газификатора через отверстие в стенке между камерами газификации и дожигания, где сжигают эти продукты, подавая с избытком воздух 6 для полного сгорания (вторичный воздух) и выводя из камеры дожигания дымовые газы 7.

Подаваемый в камеру газификации газифицирующий агент, а в камеру дожигания вторичный воздух можно предварительно подогревать, используя для этой цели тепло дымовых газов 7, образующихся в камере дожигания. Такой подогрев может быть обеспечен организацией переноса тепла от дымовых газов к подаваемому в камеры печи воздуху через стенки газоводов и/или камер. В частности могут быть использованы теплообменники 8 для подаваемого воздуха, которые можно установить в камере дожигания или между камерой дожигания и дымовой трубой. Для того чтобы расширить возможности регулирования теплонапряженности камер печи и управления процессами газификации и дожигания потоки газифицирующего агента и вторичного воздуха разделяют таким образом, чтобы можно было подогревать лишь часть подаваемого газифицирующего агента 3 и/или вторичного воздуха 6, вводя другую часть без подогрева. Осуществляют подогрев перерабатываемых отходов, поступающих в зону газификации 2, путем организации переноса тепла дымовых газов 7 в эту зону. Такой подогрев обеспечивают тем, что камера газификации 1 той частью, где расположена зона газификации 2, погружена в камеру дожигания 5 печи-газификатора.

Для управления процессами газификации и сжигания ведут регулирование расходов и/или перераспределение потоков газифицирующего агента и вторичного воздуха между подающими устройствами в зависимости от температур в зоне газификации и камере дожигания, обеспечивая их поддержание в диапазоне, нижняя граница которого регламентирована требованиями, связанными с недопустимостью выбросов опасных концентраций органических веществ, в том числе диоксинов, а верхняя может быть, в частности, определена термостойкостью конструкционных материалов, использованных при изготовлении печи-газификатора, а также и тем, чтобы не происходило плавления шлаков, что затруднило бы их последующую разгрузку. Проведенные опыты показывают, что максимальную температуру в камере газификации следует поддерживать в пределах 800 1200^oC. Если температура в зоне газификации стремится превысить заданную величину, то снижают долю подогретого газифицирующего агента, соответствующим образом перераспределяя его потоки между подающими устройствами камеры газификации. Если температура в камере дожигания стремится превысить заданную величину, то снижают долю подогретого вторичного воздуха, соответствующим образом перераспределяя его потоки между подающими устройствами камеры дожигания.

Все названные регулировки могут осуществляться автоматически, для чего печь-газификатор должна быть снабжена устройством управления 9, включающим датчики 10 для измерения температур в камерах и соответствующие исполнительные устройства 11, например заслонки и вентиляторы, для регулирования расходов и перераспределения потоков газифицирующего агента и вторичного воздуха между подающими устройствами камер печи в зависимости от измеряемых температур. Можно также применять более простую по конструкции печь-газификатор для переработки отходов определенного сорта, в которой все необходимые регулировки произведены на заводе-изготовителе путем установки соответствующих газоводов с согласованными сечениями. В качестве газифицирующего агента в предлагаемом способе используют воздух, но при переработке сухого высококалорийного мусора для снижения теплонапряженности камер газификации и дожигания в газифицирующий агент может вводиться водяной пар. Источником пара может быть парогенератор, использующий тепло дымовых газов.

Продвижение отходов по камере газификации может быть обеспечено как выбором ее формы и размеров, например в виде расширяющегося к низу конуса, так и применением какого-либо устройства, осуществляющего шуровку загруженных в камеру газификации отходов.

Объем камеры дожигания печи-газификатора выбирают таким, чтобы при заданной производительности время пребывания дымовых газов было не менее регламентированной величины при температуре и содержании в них кислорода не ниже регламентированных значений.

Инициирование процесса может быть осуществлено путем кратковременного нагрева отходов в районе зоны газификации и/или потока газифицирующего агента 3 с помощью дополнительного источника нагрева, например электронагревателя 12, который отключают (или уменьшают его мощность) после начала устойчивого процесса газификации. При переработке низкокалорийных отходов для управления процессом регулируют мощность дополнительного источника нагрева, увеличивая ее, если температура в зоне газификации стремится снизиться ниже заданной величины. Для этого печь-газификатор снабжают устройством управления 9, включающим датчики для измерения температур 10 и соответствующие исполнительные устройства для регулирования мощности дополнительного источника нагрева 12.

При переработке отходов, содержащих вредные примеси, например хлор и серу, может дополнительно производиться очистка дымовых газов и/или газообразных продуктов, выводимых из зоны газификации, от вредных газовых примесей известными методами, например путем их пропускания через слой крошки известняка или иного материала, поглощающего и нейтрализующего эти вредные примеси.

Для того чтобы предотвратить унос пыли дымовыми газами, камера дожигания может быть выполнена в виде двух или более разделенных объемов таким образом, что газовый поток последовательно протекает через эти объемы, причем один из этих объемов выполнен в виде циклона, в котором происходит улавливание пыли.

Для того чтобы уменьшить количество вредных выбросов, связанных с периодами запуска и остановки печи-газификатора, она может быть снабжена устройствами, обеспечивающими во время ее работы порционную или непрерывную загрузку отходов в камеру газификации и удаление из нее золы и других негорючих материалов. Благодаря тому что высокая температура развивается лишь в части объема камеры газификации в районе зоны газификации 2, задача обеспечения загрузки отходов во время работы печи значительно упрощается и может быть легко решена применением известного устройства, например шлюза.

Для уменьшения риска заражения опасными инфицированными материалами или загрязнения вредными химическими веществами, содержащимися в отходах, последние можно загружать в печь непосредственно в контейнерах (например, в полиэтиленовых мешках), в которых отходы доставляют из мест сбора. В этом случае контейнеры сжигаются вместе с отходами.

Перед завершением работы печи-газификатора, когда весь объем камеры газификации, кроме той его части, где находится зона газификации 2, свободен от отходов, производят перераспределение подачи газифицирующего агента таким образом, чтобы обеспечить высокотемпературную обработку всех внутренних поверхностей камеры газификации для их дезинфекции. Для этого камера газификации должна быть снабжена соответствующими устройствами 13 для подвода подогретого газифицирующего агента.

Для обеспечения требуемого уровня тяги дополнительно к дымовой трубе печь-газификатор снабжают устройством создания тяги 14 таким, например, как дымосос или эжектор. Этим обеспечивается поддержание небольшого разрежения в камерах печи, предотвращающего истечение продуктов газификации или дымовых газов при нарушениях герметичности камер.

Благодаря использованию упомянутых выше подогрева воздуха, подогрева уничтожаемых отходов, регулирования расходов и перераспределения потоков газифицирующего агента и вторичного воздуха, предлагаемый способ существенно расширяет возможности переработки низкокалорийных, высокозольных и высоковлажных отходов, поскольку из-за низкого теплового эффекта процесса газификации в отсутствие такого подогрева сомоподдерживающийся процесс газификации этих отходов становится невозможным без использования дополнительного горючего.

На фиг. 1 показана схема печи-газификатора для осуществления процесса по предлагаемому способу. Печь имеет камеру газификации 1, которая той своей частью, где организована зона газификации 2, погружена в камеру дожигания 5. На выходе из камеры дожигания установлен теплообменник 8 для отбора тепла дымовых газов и подогрева воздуха, подаваемого в камеры, а также дополнительное к дымовой трубе устройство создания тяги 14. Печь может быть снабжена устройством управления 9 с датчиками температуры 10, соответствующими исполнительными устройствами 11 для регулирования расходов и перераспределения потоков газифицирующего агента и вторичного воздуха и электронагревателем 12 для управления процессом, включая его инициирование и последующие автоматические регулировки в ходе работы.

На фиг.2 приведена схема лабораторной модели печи-газификатора, на которой была проведена экспериментальная проверка осуществимости заявляемого способа. Подробное описание лабораторной модели приводится ниже в примере осуществления заявляемого изобретения.

Пример 1. В камеру газификации 1 лабораторной модели печи-газификатора, схема которой представлена на фиг. 2, загружали 0,2 кг увлажненной древесины (влажность 20% ) в виде кубиков размерами 10 15 мм. Насыпная плотность загрузки была 240 кг/м³. После кратковременного нагрева загруженного горючего в нижней части камеры 1 с помощью электронагревателя 12, расположенного под решеткой 15, начинали подавать первичный воздух 3 в камеру газификации 1 и вторичный воздух 6 в камеру дожигания 5. В результате этого происходило воспламенение части объема загруженной массы между решеткой 15 и отверстиями 16 для выхода продуктов газификации 4 в камеру 5, и в этом объеме образовывалась зона газификации 2. Газообразные продукты 4, смешиваясь с подаваемым в камеру дожигания вторичным воздухом 6, догорали в зоне горения 17, образуя дымовые газы 7, выводимые из камеры 5. Теплообменники 8 обеспечивали подогрев первичного воздуха 3 и вторичного воздуха 6, а также охлаждение дымовых газов 7.

При расходе первичного воздуха 0,5 л/с и вторичного воздуха 0,4 л/с время переработки загрузки составило 10 мин, температура в зоне газификации была в диапазоне 800-900^oC, в зоне горения 1000-1100^oC, температура дымовых газов на выходе из камеры дожигания не превышала 200^oC. Выводимые дымовые газы были прозрачны и не содержали видимых следов пыли.

Пример 2. Модельный мусор, имитирующий реальный состав больничных отходов (по данным анализа отходов Черноголовской больницы, Московская область), включающий,

Текстиль 24

Бумага 28

Картон 12

Полиэтилен 9

Резина 2

Алюминиевая фольга 2

Стекло 7

Вода 16

загружали в камеру газификации лабораторной печи-газификатора, описанной в примере 1. Масса загруженной смеси 0,17 кг, насыпная плотность 190 кг/м³. При тех же расходах воздуха, что и в примере 1, температура в зоне газификации держалась на уровне 900 1000^oC, в камере дожигания 1100 1200^oC, температура подаваемого в камеры воздуха около 500 600^oC, температура дымовых газов на выходе из камеры дожигания после теплообменника для подаваемого воздуха была не более 250^oC. Масса несгоревшего остатка, не содержащего недогоревшего углерода и состоящего из смеси оплавленного стекла, фольги и золы, составила 0,02 кг.