Корзина из стекловолокна и способ сжигания отходов
Группа изобретений относится к расплавлению и сжиганию в печи токсичных металлических, органических и минеральных отходов. Корзина для удержания отходов, загружаемых и сжигаемых в печи для сжигания отходов, содержит кожух, выполненный из по меньшей мере одного слоя стекловолокна, армированного легкой металлической конструкцией. Кожух имеет пористость, обеспечивающую удержание отходов в корзине во время введения корзины в печь для сжигания отходов, термохимический контроль скорости пиролиза отходов, в частности, постепенный нагрев отходов до их полного сгорания внутри корзины, и фильтрация пиролизных газов. Имеется также способ сжигания отходов в печи для сжигания и стеклования отходов. Группа изобретений позволяет достичь полного сгорания отходов без присутствии монооксида углерода в выходящих из реактора газах.2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Изобретение относится к расплавлению и сжиганию в печи более или менее токсичных металлических, органических и минеральных отходов и материалов, таких как оксиды, стекла, фосфаты и металлы.
Уровень техники
В настоящее время применяют различные методы для сжигания и/или остекловывания смесей металлических, органических и минеральных отходов в печи с непрерывной загрузкой. Сначала отходы измельчают и непрерывно загружают в печь. Преимуществом этого решения является непрерывность работы печи для сжигания отходов, что позволяет минимизировать размеры печи и установки для обработки газов. Однако это решение требует предварительного измельчения отходов, которое может быть затруднено.
Второе решение состоит в загрузке не измельченных отходов партиями через шлюз, отделяющий внутреннюю атмосферу печи от наружной атмосферы. Это второе решение позволяет отказаться от измельчения, но создает многочисленные риски и проблемы, а именно:
1) затрудненное манипулирование партиями отходов в загрузочном шлюзе с рисками расплавления или разлива органических веществ в шлюзе в результате повышения температуры во время открывания дверцы шлюза со стороны печи;
2) риск воспламенения органических веществ в шлюзе и перегрева этого шлюза и его систем закрывания;
3) риск слишком быстрого сгорания загружаемой партии отходов во время ее загрузки в печь. Это требует увеличения размеров устройства подачи горючего газа и установки обработки газов;
4) риск механического увлечения летучих зол и токсичных элементов во время быстрого сгорания партии отходов.
В известных технических решениях металлический контейнер, содержащий отходы, можно использовать в качестве челнока для загрузки отходов в печь. В этом случае его можно постепенно обрезать в печи для ограничения скорости сгорания, но он не может быть использован повторно и образует существенную часть конечных отходов.
Система резания, в которой используют, например, плазменную горелку и которую располагают в печи, является сложной и дорогостоящей. В альтернативном варианте партию отходов можно помещать в картонной коробке, которая служит контейнером. Это решение уменьшает риски при фиксации, но не решает проблемы скорости сгорания партии отходов сразу после сгорания коробки.
Изобретение призвано устранить вышеупомянутые недостатки известных решений и предложить другой способ и другое устройство для загрузки отходов в печь.
С другой стороны, из документа FR 2293769 известна установка, предназначенная для пресса упаковки радиоактивных отходов, в которой контейнер сжигают вместе с его содержимым и в которой контейнер содержит, в том числе, стекловолокно.
Раскрытие изобретения
Первым и основным объектом изобретения является корзина, предназначенная для отходов, загружаемых и сжигаемых в печи для сжигания отходов.
Согласно изобретению, эта корзина содержит кожух, включающий в себя, в том числе, стекловолокно. Золы, образующиеся после сжигания, могут расплавляться в печи внутри ванны расплавленного стекла. В этом случае корзина, образованная в особенности кожухом из стекловолокна и содержащая золы или продукты сгорания от отходов, будет растворена в ванне стекла.
В первых вариантах выполнения используют легкую металлическую конструкцию для повышения жесткости корзины. Предпочтительно эту металлическую конструкцию выполняют в виде сетки.
Согласно первому варианту выполнения, указанная легкая металлическая конструкция является наружной, а внутренний кожух, выполненный из стекловолокна, размещен внутри легкой металлической конструкции.
Во втором варианте выполнения наружным является кожух из стекловолокна, а легкая металлическая конструкция является внутренней, и она размещена внутри кожуха из стекловолокна.
Стекловолокно кожуха может быть плетеным, с размером ячейки плетения, определяющим пористость, подобранную к типу отходов, чтобы контролировать термохимическим путем скорость пиролиза таких отходов.
В этом случае можно предусмотреть выполнение легкой металлической конструкции в виде сетки, проволоку которой интегрируют в ткань из волокон, чтобы получить единый кожух.
Вторым объектом изобретения является способ остекловывания отходов в печи для сжигания и остекловывания отходов.
Согласно изобретению, он включает в себя по меньшей мере две стадии, на которых:
- предназначенные для сжигания отходы загружают в описанную выше корзину из стекловолокна и удерживают их в ней в газовой атмосфере над ванной расплавленного стекла; и
- осуществляют пиролиз и горение в течение времени, превышающего время пиролиза и горение отходов без корзины (время сжигания увеличивается в три раза и даже в десять раз в зависимости от корзины), что позволяет добиться полного сгорания без присутствия монооксида углерода в газах на выходе из печи для сжигания отходов.
Предпочтительно после полного сгорания отходов корзина из стекловолокна, содержащая остатки от сгорания отходов, растворяется в ванне стекла.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в разрезе корзины согласно первому варианту выполнения изобретения.
Фиг. 2 - вид в разрезе корзины согласно второму варианту выполнения изобретения.
Фиг. 3 - вид в разрезе корзины согласно третьему варианту выполнения изобретения.
Фиг. 4 - график, иллюстрирующий способ в соответствии с изобретением.
Фиг. 5 - вид в разрезе корзины согласно четвертому варианту выполнения изобретения.
Осуществление изобретения
Согласно основной идее изобретения, мешок с предназначенными для сжигания отходами помещают в корзину, в основном состоящую из тканого или не тканого стекловолокна с большей или меньшей степенью плотности. Различная плотность стекловолокна позволяет регулировать контакт между содержащимися внутри отходами и горячей и окисляющей атмосферой внутри печи для сжигания отходов, при этом тканое волокно обеспечивает более или менее значительные обмены тепла и газов. Предпочтительно жесткость корзины повышают при помощи легкой металлической конструкции.
Использование несгораемого стекловолокна, имеющего высокую точку плавления, позволяет механически перемещать мешок с отходами из шлюза для загрузки отходов в зону сжигания, избегая потерь содержимого корзины во время перемещения.
Принцип использования стекловолокна для выполнения корзины состоит в том, что оно окружает партию отходов и замедляет повышение их температуры. Это позволяет избегать слишком быстрого расплавления и/или пиролиза органических отходов, в частности, во время перемещения из загрузочного шлюза в печь для сжигания отходов.
В печи для сжигания отходов содержимое корзины, то есть отходы постепенно нагреваются. Это повышение температуры приводит к пиролизу органических веществ. Пиролизные газы выходят из корзины и сгорают в окисляющей атмосфере печи. Выбор стекловолокна в качестве материала кожуха, образующего корзину, пористости и плотности его плетения позволяет замедлить передачу тепла внутрь корзины и перемещение газов наружу. Таким образом, размер плетения сетки подбирают к типу отходов. Это позволяет регулировать скорость пиролиза и сгорания содержащихся в корзине отходов. Это позволяет минимизировать выбросы газов во время последовательного введения заполненных отходами мешков в печь для сжигания отходов.
Кроме того, пористость кожуха из стекловолокна, образующего корзину и выполненного посредством плетения с более или менее высокой плотностью позволяет также минимизировать выход зол и не летучих токсичных элементов вместе с газами, находящимися внутри печи для сжигания отходов. Таким образом, пористость подбирают к размеру твердых токсичных частиц, которые не должны быть увлечены газами.
Как показано на фиг. 1, согласно первому варианту выполнения изобретения, кожух 10, выполненный из стекловолокна, находится внутри легкой металлической конструкции 12. Конструкцию крепят сваркой на основании корзины, которое предпочтительно представляет собой поддон 18, расположенный под кожухом 10. Сетка, образующая легкую металлическую конструкцию 12, предпочтительно является цилиндрической и приварена своей верхней частью к металлической трубе 16, предназначенной для повышения ее жесткости. Поддон 18, образующий основание корзины, предназначен для сбора возможных капель металла или других расплавленных материалов, если отходы содержат такой материал с низкой точкой плавления, который может преждевременно расплавиться, например, в загрузочном шлюзе (в другом варианте выполнения поддон можно изготовить из плетеного стекловолокна с высокой плотностью для обеспечения частичной непроницаемости для жидкостей). В данном варианте, вся корзина оканчивается захватной скобой 14, закрепленной на и над металлической трубой 16.
В примере указанного варианта, внутренний диаметр кожуха 10 из стекловолокна примерно равен 500 мм, и он имеет высоту около 750 мм. В этом случае вес кожуха составляет около 1 кг при стекловолокне, плетеном под углом 45°, и с поверхностной плотностью 600 г/м2. Предпочтительно поддон 18 выполняют из нержавеющей стали, и он имеет толщину порядка одного миллиметра. Сетка, образующая легкую металлическую конструкцию 12, является проволокой из нержавеющей стали диаметром от 2 до 5 мм.
В этом первом варианте выполнения большие наружные размеры для манипуляции корзиной в шлюзе и в зоне сжигания зафиксированы используемой легкой металлической конструкцией 12.
Как показано на фиг. 2, во втором варианте выполнения предложенного изобретения используют кожух 20 из стекловолокна, расположенный снаружи легкой металлической конструкции 12. Последняя выполнена в виде цилиндрической сетки, приваренной в верхней части к металлической трубе 26, над которой находится захватная скоба 24. Предпочтительно основание всего узла представляет собой поддон 28, который можно расположить внутри кожуха 20 из стекловолокна. В этом варианте выполнения облегчается заполнение корзины отходами.
Как показано на фиг. 5, проволочные элементы сетки, образующей легкую металлическую конструкцию 52, внедрены в плетение стекловолокна, образующее кожух 50. При этом поддон 58 можно установить внутри или снаружи кожуха 50 из стекловолокна. В представленном варианте выполнения стекловолокно, образующие кожух, проходит поочередно с двух сторон от проволоки сетки, образующей легкую металлическую конструкцию 52. Эта версия, которая является более сложной в реализации, вместе с тем объединяет в себе преимущества двух предыдущих вариантов выполнения.
Как показано на фиг. 3, согласно третьему варианту, корзина содержит два слоя 30А и 30В стекловолокна, расположенных один внутри другого. Наружный слой 30А предназначен для фильтрации пиролизных газов с целью их очистки от пыли. Внутренний слой 30В предназначен для отходов с соответствующими свойствами механической прочности. Предпочтительно оба слоя 30А и 30В разделены. При этом между этими двумя слоями 30А и 30В расположена легкая металлическая конструкция 32. Скрепление этих трех элементов 30А, 30В и 32 можно осуществить при помощи швов из стекловолокна или из металлической проволоки.
Таким образом, в рамках способа сжигания в соответствии с изобретением используют описанную выше корзину для сжигания отходов внутри печи в течение времени, превышающего время пиролиза и сгорания отходов без корзины, по меньшей мере в течение пятнадцати минут (время сжигания, помноженное на три и даже на десять в зависимости от корзины). Таким образом, отходы располагают над ванной расплавленного стекла, над которой находится зона горения в атмосфере аргона, разбавленного кислородом, с нагревом от плазмы дуги, проходящей между двумя электродами.
На фиг. 4 показаны значения содержания воды, углекислого газа и монооксида углерода в газах на выходе печи для сжигания и остекловывания отходов в зависимости от времени. Вода показана пунктирной линией, углекислый газ - жирной линией, и монооксид углерода - тонкой линией.
Можно отметить, что в случае прямой загрузки на поверхность ванны расплавленного стекла в момент времени, обозначенный как 16 ч. 45 мин., продолжительность пиролиза и сгорания является очень короткой, то есть около 3 минут, и подача кислорода оказывается недостаточной для обеспечения полного сгорания выброса пиролизных газов. Действительно, в выходящем из реактора газе остается монооксид углерода в количестве около 3-4%.
В случае использования корзины в соответствии с изобретением, в частности, оснащенной кожухом из стекловолокна, отходы удерживаются подвешенными над ванной расплавленного стекла в момент, обозначенный как 15 ч 42 мин. Время сгорания увеличено до 17 мин до момента, обозначенного как 15 ч 59 мин. Это позволяет достичь полного сгорания без присутствия монооксида углерода в выходящих из реактора газах.
Этот результат получен при помощи кожуха из стекловолокна, который играет роль замедлителя в начале горения 1, а также роль замедлителя пиролиза/сгорания. Это позволяет добиться полного сгорания отходов, не прибегая к увеличению размеров установки, в частности, источника подачи горючего газа и устройства обработки газов. Кроме того, это позволяет значительно уменьшить присутствие газообразных продуктов сгорания на выходе из установки.
1. Корзина для удержания отходов, загружаемых и сжигаемых в печи для сжигания отходов, содержащая кожух (10, 20, 30А, 30В), выполненный из по меньшей мере одного слоя стекловолокна, армированного легкой металлической конструкцией (12, 22, 42), отличающаяся тем, что кожух имеет пористость, обеспечивающую удержание отходов в корзине во время введения корзины в печь для сжигания отходов, термохимический контроль скорости пиролиза отходов, в частности, постепенный нагрев отходов до их полного сгорания внутри корзины, и фильтрация пиролизных газов.
2. Корзина по п. 1, отличающаяся тем, что волокно или волокна, образующие кожух (10, 20, 30А, 30В), являются плетеными, при этом указанная пористость также определяется размером ячеек плетения.
3. Корзина по п.1, отличающаяся тем, что легкая металлическая конструкция (12) является наружной, а кожух (10) из стекловолокна расположен внутри указанной конструкции.
4. Корзина по п. 1, отличающаяся тем, что кожух (20) из стекловолокна является наружным, а легкая металлическая конструкция (22) расположена внутри кожуха из стекловолокна.
5. Корзина по п. 1, отличающаяся тем, что легкая металлическая конструкция образована проволочной сеткой, внедренной в плетение стекловолокна, образующего кожух.
6. Корзина по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что кожух образован двумя слоями (30А, 30В) стекловолокна, при этом первый наружный слой (30А) обеспечивает фильтрацию пиролизных газов, а второй внутренний слой (30В) содержит отходы.
7. Корзина по п. 1, отличающаяся тем, что легкая металлическая конструкция (32) расположена между слоями (30А, 30В) кожуха из стекловолокна.
8. Корзина по п. 1, отличающаяся тем, что легкая металлическая конструкция (12, 22, 32) состоит из сетки.
9. Способ сжигания отходов в печи для сжигания и стеклования отходов, характеризующийся тем, что он включает в себя загрузку предназначенных для сжигания отходов в корзину по любому из пп. 1-8 для их удержания в ней в газовой атмосфере над ванной расплавленного стекла и осуществление пиролиза и горения удерживаемых в корзине токсичных частиц в течение времени, превышающего время пиролиза и сжигания отходов без корзины настолько, чтобы было достигнуто полное сгорание.
10. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что после полного сгорания отходов корзину из стекловолокна, содержащую остатки от сгорания отходов, растворяют в ванне расплавленного стекла.
