способ переработки твердых бытовых отходов в кислородном конвертере

Формула изобретения

1. Способ термической переработки твердых бытовых отходов, включающий загрузку отходов, углеродсодержащих материалов и продувку кислородом, отличающийся тем, что загрузку твердых бытовых отходов в виде смеси окускованных горючих нетоксичных компонентов с теплотой сгорания 4-15 МДж/кг в количестве 0,5-20 кг/т жидкой стали с углеродсодержащими материалами осуществляют на дно конвертера, заваливают металлолом и продувают кислородом с расходом в переделах 110-200% от номинального, затем заливают жидкий чугун и ведут окислительное рафинирование.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве горючих нетоксичных компонентов твердых бытовых отходов используют пищевые отходы, текстиль, резину, кожу, древесные отходы, кости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам термической переработки твердых бытовых отходов (ТБО) и может быть использовано в черной металлургии, в частности в кислородно-конвертерном производстве.

Известен способ термической переработки ТБО в печах-котлоагрегатах с колосниковыми решетками /Гречко А.В. Термические методы переработки твердых бытовых отходов: энергозатраты и экологичность // Электрометаллургия, 2000, №8, с.33-39/.

Известный способ позволяет сжигать ТБО и, таким образом, решить проблему их утилизации.

Недостатком известного способа является низкая температура процесса (600-900°С), при которой наиболее интенсивно образуются высокотоксичные соединения типа диоксинов, фуранов и др., кроме того, образуются вторичные твердые отходы (25-30%), зараженные этими ядовитыми веществами, которые требуют захоронения.

Известен способ термической переработки ТБО в агрегатах с жидкой шлаковой ванной /US №4294433, F 27 B 001/20, 1981 г./.

Известный способ позволяет перерабатывать (утилизировать) ТБО в высокотемпературных печах (1200-1400°С и выше), широко распространенных в цветной металлургии и называемых печами Ванюкова (ПВ), характеризуется отсутствием вторичных твердых отходов.

Недостатком известного способа является высокая энергозатратность, вредные выбросы в атмосферу и низкая технологичность процесса, связанная с конкретными факторами регионального характера: строительство или реконструкция агрегатов с жидкой шлаковой ванной для работы по новой технологии, наличие других отходов и их ценность для совместной переработки с ТБО, потребность и объемы в использовании продуктов переработки и т.д.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ термической переработки твердых отходов, включающий загрузку отходов и углеродсодержащего топлива в расплавленную шлаковую ванну, продуваемую кислородсодержащим газом /SU №1315738, 4 F 23 G 5/00, 1987 г./.

Известный способ позволяет осуществить быстрый нагрев ТБО и их сжигание непосредственно в объеме шлакового расплава, исключить выделение при низкой температуре газов, содержащих органические соединения, в том числе таких особо опасных, как диоксины.

Недостатком известного способа являются высокие капиталовложения в проектирование и строительство установок для сжигания ТБО в барботируемом шлаковом расплаве, сложность их промышленной эксплуатации, дополнительные затраты на очистку дымовых газов от пыли и газообразных вредных неорганических соединений, непрерывное удаление из печи образующегося шлака.

Задачей изобретения является снижение капитальных затрат за счет совмещения процесса окислительного рафинирования металла и термической переработки ТБО в действующих металлургических агрегатах.

Задача решается следующим образом.

В способе переработки твердых бытовых отходов, включающем загрузку отходов, углеродсодержащих материалов и продувку кислородом, согласно изобретению после загрузки на дно конвертера твердых бытовых отходов в виде смеси окускованных горючих нетоксичных компонентов ТБО с теплотой сгорания 4-15 МДж/кг в количестве 0,5-20 кг/т жидкой стали, заваливают металлоломом и прогревают кислородом с расходом в пределах 110-200% от номинального, затем заливают жидкий чугун и ведут окислительное рафинирование.

В качестве горючих нетоксичных компонентов ТБО используют пищевые отходы, текстиль, резину, кожи, древесные отходы, кости.

Приведенная последовательность способа термической переработки твердых бытовых отходов в кислородном конвертере позволяет значительно повысить температуру процесса в первые минуты продувки и ускорить наведение первичного железистого шлака, что обеспечивает полное сжигание горючих нетоксичных компонентов ТБО в объеме шлакового расплава и не затрудняет окислительное рафинирование металла.

ТБО предварительно подвергают сортировке с целью отделения ценных, негорючих, токсичных компонентов и/или компонентов, выделяющих в процессе разложения и горения токсичные соединения. Остаточную часть ТБО после сортировки окусковывают с целью повышения плотности и снижения вероятности выноса легких и мелких компонентов из сталеплавильного агрегата. Размеры кусков (брикеты, пакеты, гранулы и др.) должны обеспечивать их удобную укладку в загрузочные устройства, беспрепятственное введение в кислородный конвертер и их полное сгорание в объеме шлакового расплава.

Прогрев кислородом шихтовых материалов после их загрузки на дно конвертера позволяет улучшить процесс шлакообразования, ускорить массообменные процессы между металлом и шлаком, обеспечивает глубокое рафинирование металла от вредных примесей, снижает потери металла с переокисленным шлаком.

Ввод ТБО в прогреваемую часть шихтовых материалов усиливает экзотермический эффект горения углеродсодержащих материалов вследствие наличия в составе ТБО легкозажигаемых и быстросгораемых компонентов (бумага, текстиль и др.) и способствует снижению расхода кислорода благодаря наличию собственного кислородсодержащего газа в органической массе отходов.

Быстрый прогрев ТБО и их сжигание непосредственно в объеме высокотемпературного шлакового расплава полностью исключает образование газообразных высокотоксичных соединений типа диоксинов, фуранов и т.д., не требует дополнительных затрат на очистку дымовых газов от пыли и газообразных вредных неорганических соединений, а также специального удаления из агрегата образующегося шлака.

Теплота сгорания смеси горючих нетоксичных компонентов ТБО определяется соотношением ее составляющих: пищевые отходы, текстиль, резина, кожи, древесные отходы, кости. Применение ТБО с теплотой сгорания менее 4 МДж/кг приводит к "холодному" началу плавки, плохому растворению извести, снижению реакционной способности шлака в начале продувки, замедляет массообменные процессы между металлом и шлаком, не позволяет совместить процесс окислительного рафинирования и термической переработки ТБО в кислородном конвертере.

Использование смеси горючих нетоксичных компонентов ТБО с теплотой сгорания более 15 МДж/кг требует дополнительной сортировки отходов и удаления из смеси низкокалорийных компонентов ТБО (например, пищевых отходов) и увеличивает затраты на термическую переработку ТБО в кислородном конвертере.

При количестве смеси горючих нетоксичных компонентов ТБО менее 0,5 кг/т жидкой стали снижается экзотермический эффект горения углеродсодержащих материалов, что приводит к "холодному" началу плавки, замедляет шлакообразование в первые минуты продувки и затрудняет окислительное рафинирование металла, не позволяет совместить его с термической переработкой ТБО в кислородном конвертере.

При количестве смеси горючих нетоксичных компонентов ТБО более 20 кг/т жидкой стали увеличивается количество образующегося шлака и дымовых газов, выделяющихся при сжигании ТБО, что загрязняет металл вторичными твердыми составляющими, требует дополнительных затрат на очистку дымовых газов от пыли и неорганических соединений и не позволяет совместить термическую переработку ТБО с окислительным рафинированием металла в кислородном конвертере.

При расходе кислорода на прогрев шихтовых материалов менее 110% от номинального, подаваемого на прогрев металлолома снижается экзотермический эффект горения углеродсодержащих материалов и легкозажигаемых и быстросгораемых компонентов ТБО (бумага, текстиль и др.), не обеспечивается необходимый нагрев шихтовых материалов, что приводит к "холодному" началу процесса, замедляет шлакообразование в начале продувки, затрудняет окислительное рафинирование металла и не позволяет совместить его с термической переработкой ТБО в кислородном конвертере.

При увеличении расхода кислорода на прогрев шихтовых материалов более 200% от номинального, подаваемого на прогрев металлолома, снижается степень его усвоения, увеличиваются затраты на окислительное рафинирование металла и термическую переработку ТБО в кислородном конвертере.

Новый технический результат изобретения заключается в достижении оптимальных условий для быстрого наведения первичного железистого шлака непосредственно после заливки чугуна в начале продувки и сжигания горючих нетоксичных компонентов ТБО в объеме высокотемпературного шлакового расплава без образования газообразных высокотоксичных соединений и вторичных твердых составляющих, загрязняющих металл, что позволяет совместить процесс окислительного рафинирования металла и термической переработки ТБО в кислородном конвертере.

Способ реализован на Западно-Сибирском металлургическом комбинате в кислородно-конвертерном цехе №2.

Пример: В 350-тонный конвертер с верхним кислородным дутьем загружают 2 т окускованных ТБО (6,25 кг/т жидкой стали). Предварительно ТБО сортируют и выделяют ценные (черные и цветные металлы, стекло, пластик, макулатура и картон), негорючие (камни) и токсичные (ртутные лампы, гальванические элементы) компоненты. Остаточная часть ТБО представляет собой смесь нетоксичных горючих компонентов ТБО с теплотой сгорания 11,6 МДж/кг следующего состава (мас.%): пищевые отходы - 74; непригодная для вторичного использования макулатура - 8; текстиль - 12; кожа - 1,7; древесные отходы - 1,7; резина - 1,3; кости - 1,3, которую прессуют в пакеты размером 800×500×500 мм и обвязывают 3 рядами металлической проволоки. После загрузки на дно конвертера ТБО заваливают металлолом, присаживают углеродсодержащие материалы (газовый уголь), известь и известково-магнезиальный флюс. Далее опускают кислородную фурму и производят прогрев кислородом в течение 7,5 мин с расходом 200 м³/мин, что составляет 140% от номинального, подаваемого на прогрев металлолома. После прогрева в конвертер заливают чугун. Температура заливаемого чугуна 1400°С, химический состав, %: Si 0,48; Mn 0,40; S 0,018; Р 0,15. Далее ведут окислительное рафинирование, присаживая по ходу продувки шлакообразующие материалы (известь и марганцевый агломерат), перемещая фурму в вертикальном направлении с изменением расхода кислорода. Продолжительность продувки 18 мин. Температура металла на повалке 1650°С, металл содержит, %: С 0,10; Mn 0,16; Р 0,015; S 0,013. Основность шлака 3,0; содержание FeO 18,5%; выход годного 92,0%.

Применение предлагаемого способа термической переработки твердых бытовых отходов в конвертере позволяет снизить капитальные затраты за счет совмещения процесса окислительного рафинирования металла и термической переработки ТБО в действующих металлургических агрегатах.