установка для переработки твердых бытовых и промышленных отходов

Формула изобретения

1. Установка для переработки твердых бытовых и промышленных отходов, содержащая печь для плавления отходов, устройства загрузки отходов с течкой и питателем и вывода жидких продуктов переработки и устройства мокрой очистки газов, выполненные в виде последовательно установленных скруббера и трубы Вентури с каплеуловителем и патрубком выхода газожидкостной смеси, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для сухой очистки газов и мокрым электрофильтром, котлом-утилизатором с радиационной и конвективной камерами и расположенными над печью двумя параллельными газоходами, совмещенными радиационными камерами котла-утилизатора, печь для плавления отходов выполнена кессонированной с барботажными соплами и устройствами подачи окислителя, расположенными в двух ярусах по ее высоте, и камерой дожигания, выполненной из экранных поверхностей, устройство загрузки отходов выполнено в виде подвижной ширмы, установленной между входным сечением течки и питателем, причем соотношение высоты ширмы к ширине составляет (0,5-1,5):1, скруббер выполнен с конфузором для подачи газа и форсунками орошения, размещенными в его верхней части с осями выходных отверстий, проходящими и пересекающимися в точке, расположенной на расстоянии 0,5-1,0 диаметра конфузора, отношение диаметра скруббера к диаметру выходного отверстия конфузора равно 2,5-2,9, а отношение высоты скруббера к диаметру конфузора составляет 7-8, патрубок выхода газожидкостной смеси трубы Вентури размещен на расстоянии 0,5-0,7 диаметра от поверхности жидкости в каплеуловителе.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что рабочее пространство печи разделено на загрузочную и плавильную камеры с соотношением площадей пода 1: (8-15).

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что поверхности нагрева радиационных камер котла-утилизатора выполнены с газовой стороны из металлического листа, к другой стороне которого приварены трубы, а конвективные камеры выполнены в виде экранированных поверхностями нагрева цилиндрических газоходов с тангенциальными подводом и осевым отводом отходящих газов.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство сухой очистки газов установлено перед устройствами мокрой очистки.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что форсунки орошения скруббера расположены под острым углом.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что мокрый электрофильтр выполнен с охлаждаемыми электродами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для переработки отходов и может быть использовано при переработке сжиганием твердых бытовых, промышленных и других твердых отходов.

Известна установка для переработки твердых бытовых и промышленных отходов, содержащая печь для плавления отходов, устройства загрузки отходов с течкой и питателем и вывода жидких продуктов, переработки и устройства мокрой очистки газов, выполненные в виде последовательно установленных скрубера и трубы Вентури с каплеуловителем и патрубком выхода газожидкостной смеси (заявка Японии N 56-2243, кл. F 23 G 5/00, 1981). Недостатками известной установки являются:

высокий пылеунос из печи;

повышенное содержание в отходящих газах из печи особо токсичных диоксинов и фуранов.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, заключается в:

увеличении удельной производительности по перерабатываемым отходам;

повышении стойкости и ремонтопригодности оборудования и облегчении его обслуживания;

обеспечении экологической чистоты процесса и создании высоких санитарно-гигиенических условий для обслуживающего персонала;

осуществлении конденсации влаги из газов на 75-80% в аппаратах мокрой газоочистки в объеме, обеспечивающем концентрацию уловленных токсичных компонентов в нем на уровне ПДК и сбросе конденсата без дополнительной очистки;

концентрировании особо токсичных компонентов, таких как мышьяк, ртуть, селен и др.

обеспечении содержания твердых и газообразных примесей в отходящих газах на уровне ПДК;

надежности работы системы газоочистки;

обеспечении безотходности производства и комплексности использования сырья.

На фиг. 1 изображена установка, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Установка содержит кессонированную печь 1 для плавки отходов в барботируемой ванне расплава, камеру дожигания 2 в виде экранных поверхностей с устройством 3 для дожигания газов, расположенным на двух ярусах по высоте печи, устройство загрузки отходов с течкой 4, питателем 5 и подвижной ширмой 6, установленной между выходным сечением течки 4 и питателем 5, котел-утилизатор 7 с радиационными 8 и конвективными 9 камерами, сухой электрофильтр 10, дымосос 11, скруббер 12 с конфузором 13 для подачи газов и форсунками орошения 14, расположенными под острым углом, трубу Вентури 15 с патрубком выхода 16 и с каплеуловителем 17, мокрый электрофильтр 18 с охлаждаемыми электродами, хвостовой дымосос 19; печь 1 оборудована отопительно-дутьевыми устройствами 20, сифонным перетоком 21 для вывода шлаковой (легкой) фазы расплава и приямком со шпуром 22 для выпуска металлсодержащей (тяжелой) фазы, газоход 23 печи 1 сдвоенного типа, представляющий собой экранные поверхности на входе в котел-утилизатор 7. Рабочее пространство печи 1 разделено с помощью перегородки 24 на загрузочную 25 и плавильную 26 камеры.

Установка работает следующим образом.

Твердые бытовые и промышленные отходы без специальной подготовки (сортировки, сушки, пакетирования и пр.) непрерывно подаются в кессонированную печь 1 через загрузочное устройство течку 4 с помощью питателя 5 (толкающего поршня). Подвижная ширма 6, установленная между выходным сечением течки 4 и питателем 5; вместе со столбом отходов в течке 4 создает естественный затвор, предотвращающий выбивание газов (паров ) из печи 1, тем самым обеспечивая ее герметичность. Ширма 6 открывается только в случае попадания крупногабаритных составляющих отходов, имеет соотношение высоты к ширине в интервалах (0,5-1,5):1. При соотношении менее 0,5:1 происходит частое перекрытие поступления крупногабаритных составляющих отходов, достигающих размеров стандартных мусорных контейнеров (Справочник "Санитарная очистка и уборка населенных мест" под ред. А.Н. Мирного, М. Стройиздат, 1990, с. 8-10), соотношение более 1,5:1 нерационально по условиям конструктивного оформления (компоновка с параметрами загрузочной камеры, большой вес ширмы и пр) и создания герметичности (значительно возрастают неизбежные зазоры и соответственно выбивание газов и паров).

Отходы питателем 5 сбрасываются в загрузочную камеру 25 на поверхность шлакового расплава в печи 1, который приводится в барботажное состояние с помощью отопительно-дутьевых устройств 20 в плавильной камере 26. Соотношение площадей пода загрузочной 25 и плавильной 26 камер составляет 1:(8-15). Мгновенный захват отходов активно циркулируемыми (крутящимися вокруг перегородки) потоками расплава, его ильными всплесками и брызгами, весьма быстрое и полное усвоение всех составляющих отходов ванной расплава, их плавление и гомогенизация ванны, транспортировка шлакового расплава к выходному концу печи и отдаление металлсодержащей фазы в приямке печи все это позволяет повысить производительность установки. При соотношении более 1:8 (сокращении длины плавильной камеры 26) ухудшается прорабатываемость загружаемого количества отходов (наблюдаются тугоплавкие составляющие на выходе из печи), ухудшается тепловая работа (возрастают относительные потери тепла на охлаждение кессонов), сокращается производительность по проплаву, возрастает пылевынос из печи, ухудшается процесс накопления (отделения) металлосодержащей фазы в приямке печи; для соотношения менее 1:15 габариты печи становятся нерациональными по технологическим условиям (нецелесообразность развития геометрических размеров, поскольку технологические показатели более не повышаются), по энергетическим затратам (возрастание расходов дутьевых агентов, охлаждающих сред и пр.), по условиям обслуживания печи (трудности с операциями на отопительно-дутьевых устройствах, загрузочном узле, с выдачей жидких продуктов плавки), по санитарно-гигиеническим требованиям (трудности с обеспечением герметичности печи, поддержанием необходимого разрежения на всей большой длине рабочего пространства и пр.).

Кроме того, в загрузочной камере 25, благодаря перегородке 24 создается газлифтный эффект, способствующий быстрому захвату, усвоению отходов ванной расплава, их плавлению при температуре 1350-1450^oС, переходу составляющих отходов в этот расплав, что обеспечивает повышение производительности по перерабатываемым отходам. Образующиеся при этом газы и водяные пары переводятся в газовую фазу и направляются через камеру 2 дожигания и далее в газоход 23. Отопительно-дутьевые устройства 20 печи 1 работают в окислительном режиме (коэффициент расхода окислителя воздуха, кислорода альфа>l), оставшиеся горючие компоненты дожигаются в камере 2 путем автономной подачи окислителя через устройство 3 на двух ярусах по высоте: под сводом печи 1 и в начале газохода 23, что способствует эффективному дожиганию газов до полного их обезвреживания. Шлак (легкая фаза расплава) непрерывно выводится из печи 1 через сифонное переточное устройство 21 и далее отправляется на производство строительных материалов или изделий; металлсодержащая (донная) фаза выводится из приямка печи через шпур 22 и направляется для извлечения ценных металлов на металлургические предприятия. Высокие температуры процесса (1250-1450^oС) способствует разложению сложнокомпонентных газовых соединений до простых составляющих, т.е. на выходе из печи газы не содержат вредных, высокотоксичных веществ. Отходящие газы, пройдя газоход 23, отдают часть тепла охлаждаемым стенкам (экранированным поверхностям), проходят через котел-утилизатор 7, где охлаждаются с получением пара. Пар котла-утилизатора 7 и испарительного охлаждения кессонов, из которых состоит печь 1, имеет энергетические параметры и используется для производства электроэнергии.

Газоход 23 сдвоенного типа: два отдельно расположенных параллельных газохода, совмещенных с радиационными камерами котла-утилизатора 7.

Поверхности нагрева радиационной камеры 8 котла-утилизатора 7 выполнены с газовой стороны в виде стального листа, на другой стороне которого приварены трубы (каналы для хладагента), конвективная камера 9 выполнена в виде экранированного поверхностями нагрева цилиндрического газохода с тангенциальным подводом и осевым отводом отходящих газов. Такая компоновка газохода 23 позволяет на 1/3 сократить высоту радиационной камеры 8, что облегчает монтаж, ремонт и обслуживание котла-утилизатора. Выполнение поверхности нагрева из стального листа уменьшает шлакование поверхностей нагрева, облегчает их очистку, что повышает эффективность теплопередачи, облегчает их ремонт. Тангенциальный подвод газов в конвективную камеру 9 позволяет интенсифицировать процесс теплопередачи за счет увеличения скорости газов, т.е. повышается эффективность работы поверхностей нагрева, кроме того, снижается металлоемкость котла-утилизатора, его габариты. Использование циклонного эффекта в конвективной камере 9 обеспечивает более полное использование тепла отходящих газов (снижение температуры газов до 230-250^oС). Также за счет циклонного эффекта происходит выпадение грубых фракций пыли из газов и, таким образом, предварительная очистка отходящих газов.

Из котла-утилизатора 7 влажные запыленные газы с температурой 230-250^oС, содержащие SO₂,HCl, HF направляются в сухой электрофильтр 10, где очищаются от пыли (степень очистки 99,5%). Уловленная пыль возвращается в печь 1.

Далее дымососом 11 газы подаются в скруббер 12 через конфузор 13, где газ орошается оборотным раствором через форсунки 14, которые расположены под острым углом в его верхней части, так что зона контакта газа и промывной жидкости осуществляется на расстоянии 0,5-1,0 диаметра конфузора ниже его выходного отверстия. Такое расположение форсунок 14 предотвращает образование настылей на поверхности конфузора 13 для подачи газа, что обеспечивает надежную работу системы мокрой очистки газов. При расположении <0,5 наблюдается образование настылей и нарушается процесс очистки, при расположении > 1,0 уменьшается интенсивность процесса тепломассообмена в скруббере 12.

В скруббере 12 газы охлаждаются и влага из газов конденсируется (на 75-80% ). Твердые и uазообразные примеси из газов частично улавливаются. Это достигается тем, что отношение диаметра скруббера 12 к диаметру выходного отверстия конфузора 13 составляет 2,5-2,9 и отношение высоты скруббера к диаметру конфузора 7-8. При отношении диаметра конфузора к диаметру скруббера <- 2,5 и отношении диаметра конфузора к высоте скруббера > 7, степень конденсации влаги из газа уменьшается, а при отношении > 2,9 и > 8 наблюдается снижение интенсивноcти тепломассообмена, что уменьшает конденсацию влаги и улавливание примесей.

Из cкруббера 12 газы подаются в трубу Вентури 15, где происходит дальнейшее их охлаждение, конденсация влаги и улавливание примесей. Из трубы Вентури 15 газы и капельная влага с примесями через патрубок выхода 16 поступают в каплеуловитель 17, где происходит отделение капель из газа. Патрубок 16 расположен на расстоянии 0,5-0,7 его диаметра от поверхности жидкости в каплеуловителе 17. Это обеспечивает достижение степени улавливания капельной жидкости из газов на 95-96% При расстоянии < 0,5 увеличивается гидравлическое сопротивление на 15-20% что повышает энергозатраты, а степень улавливания капель остается постоянной. При расстоянии > 0,7 уменьшается степень улавливания капель из газов, т.к. инерционный пробег тонких капель недостаточен для достижения поверхности жидкости и их улавливания. Это снижает эффективность работы трубы Вентури. Из трубы Вентури газы подаются в мокрый электрофильтр 18 с охлаждаемыми электродами, в котором происходит дальнейшее охлаждение газов, конденсация оставшейся влаги, доулавливание примесей и особо токсичных компонентов, содержащихся в газе.

Очищенный газ дымососом 19 выбрасывается в атмосферу,

Пример.

Установка для переработки твердых бытовых и промышленных отходов на общую производительность мусороперерабатывающего завода 100-125 тыс. т в год (обычный комплекс из двух установок на 200-250 тыс. т отходов в год) включает кессонированную печь с барботируемой ванной расплава. Печь кессонированного типа имеет площадь пода 20 м², внутренняя ширина 2,4 м, длина 8,3 м, высота 6-7 м, производительность 14-16 т/ч. Суммарное количество дутья для переработки отходов, содержащих до 19,2% углерода, 2,6% водорода, 51,7% влаги (в твердых бытовых отходах) составляет 11600 нм³/ч, в том числе 5000 нм³/час технологического кислорода и 6580 нм³/час компрессорного воздуха, обогащение дутья кислородом 53,4% Процесс ведется в автогенном режиме. Из указанных расходов газа-окислителя (воздухо-кислородная смесь или чистый кислород) по 5% дутья подается на первый ярус дожигания газов (на расстоянии 0,4-0,6 м и от свода печи) и на второй ярус (на расстоянии 0,8 м и от первого на начальном участке газохода).

Загрузочная камера печи имеет длину 0,8 м и плавильная 7,5 м (соотношение площадей пода 1:9,4), перегородка имеет высоту 1 м, нижняя кромка на уровне дутьевых фурм. Печь оборудована сифонным перетоком шлака и шпуром для выпуска металлсодержащей (донной) фазы расплава.

Загрузочное устройство (течка, питатель) известной конструкции оборудовано подвижной ширмой высотой 2,1 м и шириной 2,4 м (соотношение - 0,88:1).

Оба газохода на выходе из печи имеют размеры 2,5х2,5 м.

Спаренные радиационные и конвективные камеры котла-утилизатора имеют поверхности нагрева 500 м² и 1000 м² соответственно. Радиационные камеры выполнены из огневого стального листа толщиной 8-10 мм с наваренными на них трубами. Конвективная камера в цилиндрической части имеет диаметр 2 м, длину (высоту) 8 м, общая высота камеры 15 м. Высота котла-утилизатора 8м. В нем вырабатывается 15 т/ч пара давлением 13 ати. Часовая выработка электроэнергии составляет 2500 кВт.

Отходящие газы из котла-утилизатора в объеме 30000 нм³/ч с температурой 240^oС, запыленностью 2 г/нм³, влагосодержанием 340 г/нм³, содержанием диоксида серы 210 мг/нм³, фторида водорода 6 мл/нм³, хлорида водорода 40 мг/нм³, также возможны примеси мышьяка, ртути и др. поступают в сухой 4-полный электрофильтр, где очищаются от пыли на 99,5% Уловленная пыль возвращается в печь. Пыль содержит окислы кремния, железа, кальция, алюминия, а также токсичные окислы металлов (Zn, Pb, Cd, Ni, V, Mo, S_z и др.). Из сухого электрофильтра газ подается в скруббер с конфузорным подводом газа. Диаметр выходного отверстия конфузора - 0,7 м, диаметр скруббера 1,95 м (отношение 2,8), высота 5,25 м (отношение 7,5). Скорость газа на выходе из конфузора 41 м/с. В верхней части скруббера устанавливаются 3 форсунки для орошения газа оборотным раствором. Контакт жидкости и газа осуществляется на расстоянии 0,4 м от нижней кремли конфузора (отношение 0,56). В скруббере конденсируется 6000 л/час влаги, улавливаются твердые и газообразные примеси на 50 и 60% соответственно. Из сдруббера газ направляется в трубу Вентури с диаметром горловины 0,42 м, диффузор трубы Вентури заканчивается патрубком выхода газа диаметром 0,4 м, который располагается на расстоянии 0,25 м (отношение 0,62) от поверхности жидкости в каплеуловителе. Степень улавливания капельной влаги составляет 98% Орошающая жидкость подается через центральную форсунку, установленную в конфузоре трубы Вентури. Скорость газа в горловине - 50 м/с. В трубе конденсируется 2000 л/ч влаги из газа и улавливаются твердые и газообразные примеси на 60 и 75% соответственно. Конденсат из скруббера и трубы Вентури объединяется в сборнике и направляется на фильтрацию осадок возвращается в печь (или подвергается переработке для извлечения ценных металлов), а фильтрат сбрасывается без дополнительной очистки, так как концентрация токсичных примесей в фильтрате находится на уровне ПДК.

Далее газ подается в мокрый электрофильтр типа ЭМО с охлаждаемыми электродами. Электрофильтр однопольный, односекционный, габариты 3,0х3,5х11,0 м, осадительные электроды трубы (диаметр 0,25 м), которые охлаждаются водой. Скорость газа в активном сечении 2 м/с. В электрофильтре конденсируется 1600 л/ч влаги из газа, улавливаются на 98,5-99% примеси, в том числе соединения мышьяка, ртути и др. (при их наличии в газе).

Конденсат направляется на нейтрализацию токсичных примесей.

Очищенный газ с температурой 30-35^oС выбрасывается через трубу в атмосферу.