Печь для непрерывной переработки твердых отходов в расплаве

Авторы патента:

C21B13/00 - Получение губчатого железа или жидкой стали прямым способом

Владельцы патента RU 2621510:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к печи для непрерывной переработки отходов в расплаве, в том числе бытового мусора различного состава с высокой влажностью. Печь содержит шахту печи, кессонированный пояс с фурмами, свод и под печи, зону разделения жидких фаз, зону газификации и сжигания отходов, сифон для выпуска расплавов, загрузочное устройство и газоотводящий тракт, перегородку, разделяющую шахту печи на загрузочную и плавильную зоны, при этом зона разделения жидких фаз расположена в сифоне, соединенном с шахтой печи через окно, нижний край которого расположен на уровне пода печи, уровень пода сифона расположен ниже уровня пода печи, а фурмы расположены на уровне 300-400 мм от пода печи. Обеспечивается повышение уровня взрывобезопасности. 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для переработки отходов различного производства, в том числе бытового мусора различного состава с высокой влажностью.

В настоящее время существуют печи для переработки отходов, например печь для сжигания твердых бытовых отходов (патент РФ №153345, опубл. 10.07.2015), имеющая шахту с расположенными в нижней части огнеупорными сводами, дутьевыми соплами, отличающаяся тем, что печь снабжена топочным устройством, имеющим наклонную колосниковую решетку с качающимися беспровальными колосниками.

К недостаткам этой печи можно отнести усложнение процесса выгрузки золы и шлака, а также повышенной взрывоопасности при накоплении горючих газов в верхней камере загрузки торфа и отходов при попадании туда воздуха.

Наиболее близким устройством к изобретению является печь для непрерывной переработки твердых бытовых отходов в расплаве (патент РФ №2009203, опубл. 15.03.1994), содержащая шахту топки печи, кессонированный пояс с фурмами, свод и под печи, зону разделения жидких фаз, зону газификации и сжигания отходов, сифон для выпуска расплавов, загрузочное устройство и газоотводящий тракт, перегородку, разделяющую шахту топки печи на загрузочную и плавильную зоны.

Недостатками устройства является то, что дно сифона находится на уровне пода печи, что приводит к плохому при барботаже разделению металл-шлак, высокой установке фурм относительно пода печи, приводящей к снижению уровня взрывобезопасности ввиду попадания расплава металла на медный кессон и увеличению размеров печи.

Задачей изобретения является повышение уровня взрывобезопасности.

Достигается это тем, что в печи для непрерывной переработки твердых отходов в расплаве, включающей шахту топки печи, кессонированный пояс с фурмами, свод и под печи, зону разделения жидких фаз, зону газификации и сжигания отходов, сифон для выпуска расплавов, загрузочное устройство и газоотводящий тракт, перегородку, разделяющую шахту топки печи на загрузочную и плавильную зоны, зона разделения жидких фаз вынесена в сифон, соединенный с шахтой топки через окно, нижний край которого расположен на уровне пода печи, при этом уровень пода сифона установлен ниже уровня пода печи, а фурмы расположены на уровне 300-400 мм от пода печи.

На чертеже изображен продольный разрез предлагаемой печи.

Печь содержит кессонированную шахту 1 топки печи для переработки материалов, сифон 2 со шпурами для выпуска расплава металла и шлака, газоход 3 для отвода технологических газов, устройство подачи шихты в печь 4, фурмы 5 для подачи в расплав кислородосодержащего газа, размещенные на продольных стенках шахты, накопленный металл 6 в сифоне, расплав шлака 7 в сифоне, окно 8 для перетока расплава из шахты печи в сифон, перегородку внутри шахты печи, отделяющую плавильную зону расплава от загрузочной камеры, свод 10 и под 11 печи, под 12 сифона.

Место расположения окна 8, нижний край которого находится на уровне пода топки печи, выбрано из условия полного удаления металла с пода 11 печи в сифон 2. Уровень пода сифона установлен ниже уровня пода печи. Данное условие необходимо для того, чтобы исключить наличие металлической фазы в шлаковом расплаве, т.к. это всегда связано с возможностью взрыва при протекании кессонов стенок печи. Вынос зоны разделения жидких фаз в сифон с заглубленным подом позволяет устранить опасность возможного соприкосновения расплава металла 6 с водоохлаждающими поверхностями кессонов и облегчает выпуск металла и шлака, не нарушая технологический режим. Исключается полностью возможность контакта расплава металла с водоохлаждаемыми поверхностями. Упрощается конструктивное оформление нижней части топки и выход расплава в сифон. В стенке печи делается только одно кессонированное окно 8 в сифон. Кроме того, в конструкции печи должно соблюдаться строго установленное расположение дутьевых фурм на определенной высоте и определенном расстоянии от уровня металлической фазы. Это снижает гидродинамические условия работы печи, так как часть расплава в печи (металлическая фаза) не перемешивается, что приводит к образованию гетерогенного слоя на границе металл-шлак и плохому разделению фаз. В конструкции металлургических печей опасной является зона стыковки кессонов стен печи с огнеупорным подом, где устанавливаются дополнительные накладные, подкладные и закладные кессоны для охлаждения кладки и стыка кессонов с кладкой.

Условие установки ряда фурм от пода печи ниже 300 мм приводит к увеличению перемешивания расплава у пода печи, где находится кирпичная футеровка, что приводит к ее преждевременному износу. Установка фурм выше 400 мм от пода печи приводит к увеличению размеров печи и перерасходу энергии на переработку материала.

Размеры сифона определяются из производительности печи и состава перерабатываемого материала. При необходимости над сифоном возможна установка газовой горелки для подогрева материала, как и в прототипе.

Печь работает следующим образом. Твердые отходы в смеси с восстановителем непрерывно загружаются с помощью устройства 4, установленного в своде 10 печи. По мере сгорания отходов и восстановителя под действием окислительных режимов дутья на фурмах 5 и образования жидкого шлака идет восстановление металлов, содержащегося в отходах и восстановителе. Металл, как более тяжелая фаза, осаждается на поде 11 печи и стекает через окно 8 на под 12 сифона 2, кроме того, в сифон поступает и жидкий шлак, где смесь металла и шлака отстаивается и разделяется по плотности на металл 6 и шлак 7. Шлаковый расплав непрерывно выводится из печи через соответствующий шпур сифона 2, а тяжелая фаза, в которой коллектируются металлы (железо, медь и др.), стекает в сифон 2, осаждается на его поде 12 и периодически по мере накопления удаляется через соответствующий шпур. Технологические газы вместе с водяными парами и дутьевым агентом (газ, воздух, кислород) отводятся через газоход 3 и далее направляются на специальную пылегазоочистку.

Таким образом, предлагаемая конструкция печи по сравнению с прототипом позволяет повысить уровень взрывобезопасности.

Печь для непрерывной переработки твердых отходов в расплаве, содержащая шахту печи, кессонированный пояс с фурмами, свод и под печи, зону разделения жидких фаз, зону газификации и сжигания отходов, сифон для выпуска расплавов, загрузочное устройство и газоотводящий тракт, перегородку, разделяющую шахту печи на загрузочную и плавильную зоны, отличающаяся тем, что зона разделения жидких фаз расположена в сифоне, соединенном с шахтой печи через окно, нижний край которого расположен на уровне пода печи, при этом уровень пода сифона расположен ниже уровня пода печи, а фурмы расположены на уровне 300-400 мм от пода печи.

Изобретение относится к способу, а также к установке для обработки отходящих газов (4) из установок (32, 33) для производства чугуна и/или синтез-газа. Причем первый частичный поток (51) отходящего газа или синтез-газа после добавления воды и/или водяного пара (10) подвергают по меньшей мере частичному преобразованию СО в СО2 и отходящий газ (4) или синтез-газ затем подвергают обработке для отделения СО2.

Способ управления процессом жидкофазного восстановления ромелт для переработки железосодержащих материалов высокой степени окисленности // 2618030

Изобретение относится к производству жидкого чугуна процессом жидкофазного восстановления Ромелт при переработке железосодержащих материалов высокой степени окисленности.

Система энергетической оптимизации установки для получения металлов прямым восстановлением руд // 2609116

Изобретение относится к установке (3) для получения металлов прямым восстановлением руд, в частности железа прямого восстановления. Установка (3) содержит восстановительный реактор (12), устройство (7, 7а, 7b) для разделения газовых смесей с сопряженным нагнетательным устройством (4, 4а, 4b), присоединенное выше по потоку относительно восстановительного реактора (12) газонагревательное устройство (10).

Способ прямого плавления сырья с высоким содержанием серы // 2600290

Изобретение относится к способу прямого плавления металлосодержащего материала, содержащего по меньшей мере 0,2 вес. % серы с получением металлического продукта.

Устройство для регулирования технологических газов в установке для получения металлов прямым восстановлением руд // 2596253

Изобретение относится к устройству для регулирования технологических газов в установке для получения металлов прямым восстановлением руд. Устройство имеет восстановительный реактор, смонтированное выше по потоку относительно восстановительного реактора устройство для разделения газовых смесей с сопряженным нагнетательным устройством, установленное ниже по потоку относительно восстановительного реактора газоочистительное устройство, сконфигурированное для регулирования количества технологических газов, и устройство для регулирования давления, которое таким образом размещено перед местом присоединения подводящего трубопровода к перепускному трубопроводу для технологических газов, в частности так называемого отходящего газа, что уровень давления поддерживается постоянным в устройстве для разделения газовых смесей с сопряженным нагнетательным устройством.

Способ и устройство для загрузки углесодержащего материала и железосодержащего материала // 2593808

Изобретение относится к способу загрузки материала, содержащего кусковой углесодержащий материал и предпочтительно горячий железосодержащий материал, в плавильный газогенератор восстановительно-плавильной установки с обеспечением контролируемого распределения материала.

Способ прямой плавки // 2591929

Изобретение относится к способу прямой плавки металлсодержащего материала с получением расплава металла. Расплав металла получают в емкости для прямой плавки, которая содержит ванну расплава со слоем металла, глубина которого составляет не менее 900 мм.

Способ прямой плавки // 2591925

Изобретение относится к способу прямой плавки. Способ включает подачу (а) железосодержащего материала, (b) твердого углеродсодержащего загружаемого материала и (с) кислородсодержащего газа в резервуар для прямой плавки, содержащий ванну из расплавленного металла и шлака.

Плавильный агрегат // 2590733

Изобретение относится к металлургии и к области переработки твердых промышленных и бытовых отходов, может быть использовано в энергетике для сжигания или газификации углей.

Способ повышения глубины проникновения кислородной струи // 2583558

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу выплавки чугуна в агрегате для выплавки чугуна. Способ включает подачу кислородной струи технически чистого кислорода посредством кислородной фурмы в засыпку агрегата для выплавки чугуна для газификации углеродных носителей на глубину проникновения кислородной струи, обеспечивающую образование зоны циркуляции.

Способ запуска плавильного процесса // 2621513

Изобретение относится к способу запуска плавления металлосодержащего загрузочного материала в плавильном устройстве для производства металла, содержащем плавильный сосуд, содержащий основную камеру для вмещения плавильной ванны, копильник для выгрузки расплавленного металла из основной камеры во время плавильного процесса, и соединительный элемент, соединяющий основную камеру и копильник. Для осуществления безопасного запуска осуществляют следующее. Предварительно нагревают основную камеру, копильник и соединительный элемент и заливают загрузочный горячий металл в основную камеру через копильник. Затем начинают подавать холодный содержащий кислород газ и холодный углеродистый материал в основную камеру в течение максимум 3 часов после завершения загрузки горячего металла и воспламенения углеродистого материала, и нагревают основную камеру и расплавленный металл в основной камере. Непрерывно подают содержащий кислород газ и углеродистый материал в основную камеру и сжигают углеродистый материал, нагревают основную камеру и расплавленный металл в основной камере в течение по меньшей мере 10 минут и начинают подавать металлосодержащий материал в основную камеру для инициирования производства металла. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ наплавления шлаковой ванны в печи // 2624245

Изобретение относится к металлургии и другим областям промышленности, в которых используются печи с жидкой шлаковой ванной. В частности, изобретение относится к способу наплавления шлаковой ванны в печах для плавки Ванюкова, процесса Ромелт, процесса переработки отходов в шлаковом расплаве, газификации угля в барботируемом шлаковом расплаве. При наплавлении шлаковой ванны в печи с помощью факела от сжигания топлива в рабочем пространстве печи между ограждающими конструкциями и подиной часть твердых шлакообразующих материалов подают и плавят на внутренней поверхности ограждающих конструкций печи выше уровня расплава в ванне. Температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций превышает температуру размягчения шлакообразующих материалов, которые содержат частицы размером менее 1 мм на 20-100°С. Изобретение обеспечивает уменьшение времени запуска печи и снижение расхода топлива. 6 пр.

Способ запуска плавильного процесса // 2624572

Изобретение относится к способу запуска или перезапуска процесса плавки металлосодержащего материала для образования расплавленного металла в плавильном устройстве. Плавильное устройство содержит плавильный сосуд, содержащий основную камеру, которая содержит ванну шлака и расплавленного металла с застывшим слоем шлака. При этом способ включает этапы: (a) вставки внешнего источника воспламенения в основную камеру плавильного сосуда для образования зоны нагрева в основной камере, (b) начала подачи холодного содержащего кислород газа в основную камеру и воспламенения горючего материала в основной камере, (c) начала подачи углеродистого материала в основную камеру и увеличения температуры в основной камере, и расплавления застывшего слоя шлака в основной камере, и (d) начала подачи металлосодержащего материала в основную камеру и плавления металлосодержащего материала и производства расплавленного металла в основной камере. Изобретение направлено на распознавание необходимости создания существенно большой и стабильной «зоны нагрева» для воспламенения кислорода и угля в основной камере плавильного сосуда независимыми средствами, т.е. независимо от и до подачи холодного кислорода и угля в основную камеру. 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ и устройство для ввода тонкодисперсного материала в псевдоожиженный слой восстановительного агрегата с псевдоожиженным слоем // 2630136

Изобретение относится к способу для ввода тонкодисперсного материала (4), включающего частицы, содержащие оксид железа, в восстановительный агрегат (1) с псевдоожиженным слоем (24), а также к способу производства жидкого чугуна или жидких стальных полуфабрикатов. Температура в псевдоожиженном слое (24) составляет больше 300°С и меньше 900°С. Ввод тонкодисперсного материала (4) осуществляют с помощью горелки (2) непосредственно в псевдоожиженный слой (24) и/или в свободное пространство (25) над псевдоожиженным слоем (24). При этом обеспечивается оплавление поверхности частиц тонкодисперсного материала (4) и образование агломератов, которые удерживают во взвешенном состоянии посредством протекающего снизу вверх восстановительного газа. Содержащиеся в агломератах частицы, содержащие оксид железа, восстанавливают и выводят из восстановительного агрегата (1). Изобретение позволяет использовать тонкодисперсный материал, включающий большое количество железосодержащих частиц, без предварительной обработки непосредственно в процессе производства чугуна и/или процессе прямого восстановления без отрицательного воздействия на процесс производства чугуна. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ запуска плавильного процесса // 2630155

Изобретение относится к способу запуска или перезапуска плавильного процесса в плавильном сосуде. Плавильный сосуд содержит основную камеру для плавления металлосодержащего материала и производства расплавленного металла и копильник, соединенный с основной плавильной камерой через соединительный элемент копильника. При этом в плавильном сосуде содержится застывший шлак, перекрывающий, по меньшей мере, соединительный элемент копильника. Способ включает нагревание застывшего шлака, образование расплавленного шлака, отведение расплавленного шлака из соединительного элемента копильника через копильник и создание свободного прохождения потока через соединительный элемент копильника. После этого осуществляют горячий запуск плавильного процесса посредством последовательных этапов, включающих подачу загрузочного расплавленного металла в основную камеру через соединительный элемент копильника, подачу загрузочных материалов в процесс, плавление металлосодержащего материала и производство расплавленного металла. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ изготовления агломератов и восстановленного железа // 2638487

Изобретение относится к способу изготовления агломератов для применения в качестве исходного материала для производства железа. Способ изготовления агломератов включает этап термообработки порошка, содержащего оксид железа, имеющий 50% частиц с диаметром 2 мкм или менее, при температуре нагрева 900-1200°C с получением термообработанного порошка, 50% частиц которого имеют диаметр 4 мкм или более, и этап гранулирования полученного термообработанного порошка с получением агломератов. При этом гранулирование проводят методом грануляции вальцеванием. Термообработку проводят в течение периода нагрева 30 минут или более предпочтительно при вальцевании порошка, содержащего оксид железа. В качестве порошка, содержащего оксид железа, возможно использование отхода обогащения, представляющего собой осадок, который остается после извлечения Ni из никельсодержащей руды. 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл., 1 пр.

Способ пирометаллургической переработки окисленной никелевой руды // 2639396

Изобретение относится к металлургии, в частности к процессу пирометаллургической переработки окисленных никелевых руд с получением ферроникеля и чугуна. Способ включает загрузку окисленной никелевой руды совместно с флюсующими добавками и углеродсодержащим материалом, взятым в количестве 1,0-1,1 от стехиометрически необходимого для частичной металлизации никеля и восстановления железа до двухвалентного состояния, в печь металлизации, нагрев шихты до температуры на 50°C ниже температуры начала ее размягчения за счет тепла газов, получаемых в котле-утилизаторе, подачу нагретой шихты в трехзонную печь, в которой происходит расплавление металлизованной шихты в зоне плавления за счет тепла, поступающего от сжигания природного газа в кислороде с коэффициентом расхода окислителя α=0,8-0,9. Полученный расплав поступает в зону барботажа для обработки путем вдувания через фурмы газа-восстановителя, нагретого плазмой до температуры, обеспечивающей температуру расплава 1500-1600°C, и химическим составом, соответствующим составу продуктов сгорания природного газа в кислороде с коэффициентом расхода окислителя α=0,5-0,6, с разделением полученного ферроникеля и шлака, затем шлаковый расплав восстанавливают углеродистым восстановителем в зоне получения металла-полупродукта путем плавки в жидкой ванне, при этом дожигание отходящих газов зоны барботажа и зоны получения металла-полупродукта осуществляют в плавильной зоне, а охлаждение их до температур, требуемых в печи металлизации, - в котле-утилизаторе. Изобретение позволяет получить ферроникель, содержащий более 70% никеля и металла-полупродукта для получения стали. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ пирометаллургической переработки оксидных материалов // 2640110

Изобретение относится к области черной металлургии. Способ включает подачу шихты, состоящей из перерабатываемого сырья, флюсов и углеродсодержащего материала, в плавильную зону двухзонной барботажной печи в предварительно расплавленные материал и флюс. Расплав передают в восстановительную зону, в которую подают углеродсодержащий материал, кислородсодержащее дутье, и осуществляют выпуск продуктов плавки. При этом в плавильную зону печи подают углеродсодержащий материал и кислородсодержащее дутье в количествах, обеспечивающих сгорание углерода с образованием газов, состоящих из оксида СО и диоксида СО2, Н2 и паров H2O, причем соотношение газов поддерживают в пределах СО/CO2 0,01-0,5, а Н2/H2O 0,01-0,4. А в восстановительную зону подают углеродсодержащий материал, кислородсодержащее сырье в количествах, обеспечивающих восстановление оксидов извлекаемых металлов в металлическую фазу и компенсацию тепловых затрат. Соотношение газов в восстановительной зоне поддерживают в пределах СО/CO2 0,2-1,5, а Н2/H2O 0,1-0,9. Техническим результатом является минимизирование расходов углесодержащих и кислородосодержащих материалов на единицу готовой продукции и таким образом повышение техническуй и экономической эффективности процесса.

Способ прямого восстановления окислов железа // 2640371

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам прямого восстановления водородом окислов железа с использованием электроэнергии, и может быть использовано при производстве порошков, компактных металлов и сплавов. Способ включает восстановление измельченной железной руды в среде водорода в проточном режиме с обеспечением выноса образующихся газов непрерывным потоком водорода. При этом руду загружают в реактор в виде кварцевой трубки, закрытой защитным теплоизоляционным кожухом. В качестве газа-восстановителя используют водород, который для интенсификации процесса восстановления окислов и получения равномерного восстановления руды подают через трубку, проходящую через верхнюю часть теплоизоляционного кожуха с обеспечением нагрева водорода до температуры на входе в реактор, составляющей 80-110°С. Осуществляют продувку реактора водородом и удаление кислорода воздуха, нагрев реактора до 900-1000°С, выдержку в режиме восстановления окислов железа, охлаждение реактора и восстановленной железной руды с последующей выгрузкой. 6 ил., 2 табл.

Система и способ восстановления порошкообразной железной руды в псевдоожиженном слое // 2642252

Изобретение относится к областям химической инженерии и металлургии, в частности способу восстановления порошкообразной железной руды в кипящем слое и системе для его осуществления. Изобретение предусматривает высокоскоростную газовую обработку, что позволяет увеличить скорость восстановления железной руды и значительно повысить эффективность газовой обработки единичного эффективного поперечного сечения кипящего слоя. За счет окислительных процессов повышается коэффициент восстановления железной руды. Благодаря параллельным трубопроводам, через который проходит восстановительный коксовый газ, снижается объем газа, проходящего через каждый отдельный кипящий слой. Изобретение позволяет осуществлять высокоэффективное восстановление порошкообразной железной руды в кипящем слое при давлении, близком к атмосферному. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.