Установка для сжигания твердых отходов
Изобретение относится к средствам переработки твердых и жидких материалов огневым методом, а более конкретно к установкам, включающим вертикальную печь и устройства сепарирования твердых частиц отходящего аэрозоля и нейтрализации в нем вредных газов. Техническим результатом является более тонкая очистка отходящих газов после печи сжигания, при оптимизации распределения окисляющего воздуха, отбираемого из теплообменника, и повышение эффективности автоматического техпроцесса газоочистки. Установка для сжигания твердых отходов, включающая вертикальную печь, футерованную огнеупорным покрытием, с автоматической порционной загрузкой материала через примыкающий шлюзовой приемник на колосник в камере сгорания, которая посредством центрального отверстия в своде скоммутирована с камерой дожигания продуктов горения, имеющей вертикальный патрубок с аварийным клапаном давления, горизонтальный футерованный трубопровод для сообщения с параллельно установленным транзитным скруббером очистки отходящих газов, оснащенным форсункой струйной поперечной подачи реакционного раствора, и устройство финишного фильтрования аэрозоля, связанное с тяговой трубой трубопроводом, снабженным вытяжным насосом, а также систему распределенной подачи окисляющего воздуха под колосник вертикальной печи и в центральное отверстие ее свода. Причем над форсункой транзитного скруббера установлен теплообменник типа труба в трубе, снабженный спиральным лотком в рубашке, которая сообщается с системой распределенной подачи в печь горячего окисляющего воздуха, в том числе дополнительно в диффузор камеры дожигания, причем центральная труба теплообменника, где размещен каскад сквозных поперечных патрубков, совмещена со скруббером и с подающим осевым каналом барботера, оснащенным перфорированной насадкой, помещенной в рабочем растворе, при этом свободный объем барботера сообщается с устройством фильтрования аэрозоля, выполненным в виде абсорбера с проницаемым теплоемким наполнением из керамических колец Рашига, связанного с выпускной тяговой трубой через ресивер, в котором расположен центральный спреер распыления технологического раствора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к средствам переработки твердых и вязкотекучих материалов огневым методом, а более конкретно, к установкам, включающим вертикальную печь и устройства сепарирования твердых частиц отходящего аэрозоля и нейтрализации в нем вредных газов.
Уровень данной области техники характеризует вертикальная печь по патенту RU 2387926 C1, F23G 5/14, 2010 г., которая содержит камеру сгорания с окном загрузки порционно подаваемого твердого фрагментированного материала, размещаемого на колоснике, под которым установлены лотки удаления золы, и связанную с камерой сгорания посредством центрального отверстия в промежуточном своде, камеру дожигания газообразных продуктов горения, оснащенную установленным нормально относительно продольной оси отводящим патрубком.
Особенностью этой печи является то, что проходное сечение центрального отверстия (сопла) свода составляет 9-13% поперечного сечения ее камер, а высота сопла выполнена сопоставимой двум его диаметрам, при этом сопло оснащено двумя рядами распределенных каналов подачи окисляющего воздуха, направленных в камеру дожигания под углом 30°.
В лотках удаления золы установлены шнековые транспортеры, над которыми размещен скребок, связанный с механизмом поперечной подачи, а колосник выполнен трубчатым с перфорациями, соединен с системой подачи окисляющего воздуха и снабжен ворошителем, выполненным в виде эксцентриков, кинематически связанных с приводом реверсивного поворота.
На выходе камеры дожигания смонтирован аварийный клапан, выполненный в форме шарнирно закрепленной крышки, которая через рычаг связана с ручным приводом.
В патрубке загрузки установлен канал подачи части окисляющего воздуха из системы, который образует газодинамическую заслонку, предотвращающей выбросы продуктов горения через окно камеры сгорания в канал загрузки сжигаемого материала.
Известное изобретение представляет собой совокупность конструкции двухкамерной вертикальной печи и технологической схемы автотермического горения твердого фрагментированного материала в среде избыточного кислорода, которая включает усовершенствования и дополнения, обеспечившие более высокие показатели назначения по минимальному содержанию в отходящих газах вредных веществ.
При относительном размере проходного сечения коммуникационного отверстия свода менее 9% происходит пережим выходящего газовоздушного потока из камеры сгорания до полного затухания процесса горения на колоснике.
При относительном размере проходного сечения отверстия коммуникации камер печи более 13% не обеспечивается требуемая эффективность перемешивания ламинарного потока газообразных продуктов горения с локально подаваемым дополнительным окисляющим воздухом, для чего требуется заметно увеличить высоту печи.
Наклон каналов, подводящих окисляющий воздух в центральное отверстие свода между камерами печи, под углом 30° формирует осевой поток газообразных продуктов горения сжигаемого материала в камеру дожигания и разряжение под ним, обеспечивая тем самым инжекцию аэрозоля из камеры сгорания, которые активно перемешиваются с нагнетаемым воздухом, что способствует полному окислению продуктов в камере дожигания.
В конфузоре камеры дожигания происходит торможение газовоздушной смеси и дополнительное перемешивание за счет образующихся завихрений расширяющихся турбулизированных потоков на выходе из свода.
Шарнирная крышка на отводящем патрубке камеры дожигания в открытом положении служит для создания тяги при розжиге печи, а в работе выполняет функции аварийного клапана, автоматически сбрасывающего в атмосферу скачок давления.
Выполнение в окне загрузки воздушной завесы в форме струи из канала подачи окисляющего воздуха позволяет исключить средства изоляции рабочего объема, в который поступает дополнительная порция кислорода для полноты прохождения химических реакций горения в камере сгорания.
Однако, продолжением отмеченных преимуществ известной вертикальной печи являются присущие недостатки.
В системе распределенной подачи окисляющего воздуха не оптимизировано соотношение его объемов на технологических уровнях печи, в частности в центральном промежуточном отверстии свода создается двойной газодинамический затвор, который запирает отходящие газообразные продукты горения в камере сгорания, где поднимается давление и температура, что требует дополнительных капитальных вложений.
Расход генерируемых газообразных продуктов горения в камере сгорания так же значительно снижен от вынужденной протяженности центрального отверстия свода из-за необходимости размещения двух рядов воздушных наклонных каналов, при заметно недостаточном его проходном сечении для полноты их сгорания и высокотемпературного окислительного пиролиза, что снижает общую производительность процесса.
Кроме того, в результате несбалансированности в камере сгорания газодинамических процессов в сжигаемом на трубчатом колоснике материале образуются своды и корка из спекшихся и расплавленных фрагментов, для механического разрушения которых установлены эксцентриковые ворошители и приводной скребок для периодического удаления золы и шлаков в лоток со шнековым транспортером.
Более совершенной является установка, описанная в патенте RU 2392544 С1, F23G 5/14,2010 г., которая по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенной.
Известная установка для сжигания твердых и жидких материалов включает вертикальную печь, футерованную огнеупорным покрытием, содержащую, соединенные центральным отверстием свода, камеру сгорания и камеру дожигания газообразных продуктов горения и связанную с механизмом автоматической порционной загрузки материала через примыкающий бункер на колосник в камере сгорания.
Вертикальная печь оснащена системой распределенной мерной подачи окисляющего воздуха под колосник, в центральное отверстие свода между камерами сгорания и дожигания и на срез окна загрузки.
Камера дожигания имеет вертикальный патрубок с аварийным клапаном давления и горизонтальный патрубок сообщения с параллельно установленным транзитным скруббером мокрой очистки отходящих газов, оснащенным форсункой струйной поперечной подачи реакционного раствора, на выходе которого смонтировано устройство механического фильтрования аэрозоля, связанного трубопроводом, снабженным вытяжным вентилятором, с тяговой трубой.
Устройство фильтрования отходящего аэрозоля представляет собой два связанных через шиберные заслонки с нагнетательным вентилятором параллельных ручья, в каждом из которых смонтирован каскад сменных кассет из газопроницаемого материала, последовательного включения в работу, когда второй технически переоснащается.
Особенностью скруббера является замкнутая с центральной форсункой питающая емкость рабочей жидкости, установленная на отводящей трубе.
Шнековый питатель твердого материала снабжен роторным измельчителем, загрузочный бункер которого сообщается с вытяжным вентилятором.
В известной установке обеспечено высокопроизводительное автотермическое сжигание разнообразных твердых и вязкотекучих материалов с качественным окислением продуктов горения и непрерывное ступенчатое фильтрование отходящих газов в компактной установке, включающей двухкамерную вертикальную печь, безопасную и экологичную в эксплуатации.
Недостатками известной установки сжигания твердых и жидких отходов является неполнота окисления газообразных продуктов горения и неудовлетворительная очистка отходящих газов от твердых примесей в скруббере и на механических фильтрах сменных кассет, которые усложняют технологическое облуживание и увеличивают капитальные затраты производства.
Кроме того, в известной установке не оптимизировано объемное распределение окисляющего воздуха по структурным элементам печи, в частности, в центральном отверстии свода из-за переизбытка двухступенчатой кольцевой подачи воздуха формируется аэродинамический затвор, препятствующий свободному проходу газообразных продуктов горения, которые запираются в камере сгорания, дестабилизируя газодинамический процесс горения, и в камеру дожигания прорываются с ускорением, где не завершается процесс окисления отходящих газообразных продуктов, которые выводятся из печи.
При этом эффективность химических реакций замедляется из-за потери тепловой энергии в печи на разогрев поступающих холодных масс окисляющего воздуха
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является более тонкая очистка отходящих газов после печи сжигания, при оптимизации распределения окисляющего воздуха, отбираемого из теплообменника, и повышение эффективности автоматического техпроцесса газоочистки
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной установке для сжигания твердых отходов, включающей вертикальную печь, футерованную огнеупорным покрытием, с автоматической порционной загрузкой материала через примыкающий шлюзовой приемник на колосник в камере сгорания, которая посредством центрального отверстия в своде скоммутирована с камерой дожигания продуктов горения, имеющей вертикальный патрубок с аварийным клапаном давления, горизонтальный футерованный трубопровод для сообщения с параллельно установленным транзитным скруббером очистки отходящих газов, оснащенным форсункой струйной поперечной подачи реакционного раствора, и устройство финишного фильтрования аэрозоля, связанное с тяговой трубой трубопроводом, снабженным вытяжным насосом, а также систему распределенной подачи окисляющего воздуха под колосник вертикальной печи и в центральное отверстие ее свода, согласно изобретению, над форсункой транзитного скруббера установлен теплообменник типа труба в трубе, снабженный спиральным лотком в рубашке, которая сообщается с системой распределенной подачи в печь горячего окисляющего воздуха, в том числе дополнительно в диффузор камеры дожигания, причем центральная труба теплообменника, где размещен каскад сквозных поперечных патрубков, совмещена со скруббером и с подающим осевым каналом барботера, оснащенным перфорированной насадкой, помещенной в рабочем растворе, при этом свободный объем барботера сообщается с устройством фильтрования аэрозоля, выполненным в виде абсорбера с проницаемым теплоемким наполнением из керамических колец Рашига, связанного с выпускной тяговой трубой через ресивер, в котором расположен центральный спреер распыления технологического раствора.
Другой особенностью установки по изобретению является то, что вытяжной насос с трубопроводом от абсорбера соединен посредством сильфона, при этом в трубопроводах системы подачи горячего окисляющего воздуха установлены регулируемые заслонки.
Отличительные признаки предложенного технического решения практически полностью предотвратили вредные выбросы из печи в атмосферу за счет полного окисления газообразных продуктов горения в камере дожигания в среде с положительным кислородным балансом, дополнительной химической нейтрализации свободных высокоактивных газов (хлора, окиси углерода, фтора и прочих) обработкой их по «мокрой» технологии реакционным щелочным раствором и локализацией твердой фазы отходящего аэрозоля за счет осаждения в приемник конденсированных элементов в форме шлама.
Размещение над форсункой транзитного скруббера теплообменника типа труба в трубе направлено на предварительное автономное охлаждение отходящих из печи газообразных продуктов горения во время их движения при сопутствующей утилизации тепла для нагрева окисляющего воздуха, подаваемого в печь, чем повышается ее рабочая температура за счет снижения потерь тепловой энергии на нагрев окисляющего воздуха.
Связь рубашки теплообменника посредством воздуховода с системой распределенной подачи по высоте вертикальной печи горячего окисляющего воздуха заметно повысила эффективность и качество сжигания твердых отходов за счет целевого использования утилизированной тепловой энергии, развиваемой при их сжигании.
Использование части подогретого окисляющего воздуха, дополнительно подаваемого в диффузор камеры дожигания, обеспечило положительный кислородный баланс во фронте горения, обеспечив подъем температуры и более полное окисление газообразных продуктов горения.
Сопоставимые объемы подаваемого воздуха в диффузор камеры дожигания и в отверстие свода печи предотвратил торможение потока газообразных продуктов между камерами, что стабилизировало термодинамический режим работы, повысив эффективность процесса автотермического горения и полноту окисления газов до конечных продуктов.
Спиральный лоток для прохождения нагнетаемого в рубашку теплообменника воздуха обеспечивает заметное снижение температуры потока газов в центральной его трубе, так как является дополнительным устройством радиционного теплоотвода.
Каскад сквозных поперечных патрубков центральной трубы теплообменника, представляющий развитую поверхность теплопередачи, предназначен для движения в них нагнетаемого воздуха, который радиационно нагревается от контакта с высокотемпературными отходящими газами, что позволяет заметно снизить их температуру, при сопутствующем нагреве подаваемого в печь окисляющего воздуха с температурой 250-300°С.
Это позволило утилизировать тепловую энергию отходящих газов для технологического нагрева окисляющего воздуха, сохранив повышенную температуру в вертикальной печи при активизации окисления продуктов горения.
Совмещением центральной трубы теплообменника со скруббером и с подающим осевым каналом барботера сформирован единый проходной комплекс обработки остужаемых отходящих газов по мокрой технологии, обеспечивающий химическое взаимодействие с реагентами для эффективной очистки продуктов горения от вредных включений.
Поток охлажденных газов в виде аэрозоля из теплообменника в скруббере рассекается поперечно направленными струями реакционного раствора из центральной форсунки, на высокоразвитой поверхности которых происходит нейтрализация свободных активных газов и радикалов с образованием в результате химического взаимодействия нейтральных соединений, которые оседают на дне барботера в структуре шламовых накоплений.
Выполнение на отводящей трубе скруббера перфорированной насадки, помещенной в рабочем растворе барботера, формирует распределение потока обрабатываемых газов на многоструйное их истечение в жидкости, где образуются турбулентные завихрения и кавитация, в результате чего раствор пенится. Пузырьки газа прилипают к плохо смачиваемым жидкостью твердым частицам и поднимают их к поверхности (процесс флотации), где удерживаются коническим отбойником, накапливаются, коагулируют и сползают в шлакоприемник на дне.
Газы из барботера, отводимые в верхней части по трубопроводу, поступают в теплообменник, образованный наполнением из керамических колец Рашига, на развитой мокрой поверхности контакта которых происходит эффективный отбор тепловой энергии на входе фильтрационной колонны.
В фильтрационной колонне, выполненной в форме абсорбера с встречным орошением туманом из реакционного раствора, формируемым центральным спреером сверху, отбирается остаточное тепло газов, которые окончательно нейтрализуются.
Рабочий щелочной раствор диспергируется спреером в ресивере, образуя гидроаэрозоль, представляющей для транзитных потоков отходящих газов гидродинамическое сопротивление, препятствующее свободному выходу дисперсной фазы в атмосферу - твердые частицы захватываются стекающим раствором, сепарируются и смываются в накопитель основания колонны, таким образом отфильтровываются.
В ресивере абсорбера аэрозоль тормозится для завершения химических реакций нейтрализации вредных газов.
Выход абсорбера служит для отвода по трубопроводу чистых газов, принудительно вытяжным насосом подаваемых в тяговую трубу, где они естественным образом поднимаются на высоту и выбрасываются в атмосферу.
Соединение вытяжного насоса с трубопроводом абсорбера посредством сильфона обеспечивает демпфирование ударных нагрузок дисбаланса, возникающего в процессе работы при неравномерном налипании конденсированных частиц на вращающиеся лопасти насоса.
Для регулирования необходимого расхода окисляющего воздуха, распределенно подаваемого по высоте вертикальной печи, в трубопроводах системы установлены автоматические заслонки.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть требуемый технический результат достигается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративное назначение и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков формулы.
На чертеже изображены: на фиг. 1 - схема установки;
на фиг. 2.1 - вертикальная печь с механизмом загрузки;
на фиг. 2.2 - колонны мокрой очистки и фильтрования с тяговой трубой.
Предложенная установка (фиг. 1) включает смонтированные во взаимосвязи последовательно: устройство 1 порционной загрузки упакованных отходов, уложенных в опрокидывающийся контейнер 2, шлюзовой приемник 3, ограниченный снизу шиберной заслонкой 4, управляемой от сигнала датчика 5, смонтированного на стойке устройства 1.
Приемник 3 наклонным патрубком 6 сообщается с окном 7 загрузки камеры 8 сгорания, которая посредством центрального отверстия 9 свода 10 соединена с камерой 11 дожигания, совокупно образуюя вертикальную печь сжигания твердых и вязкотекучих материалов, связанную отводящим трубопроводом 12 с параллельно установленной колонной 13 комплексной обработки отходящих газообразных продуктов сгорания в следующем составе: теплообменник 14, скруббер 15 с мелкодисперсной форсункой 16 поперечной струйной подачи реакционного раствора («щелочного молочка») и сменный барботер 17.
К выходу теплообменника 14 подсоединен воздуховод 18, связанный с системой 19 принудительной распределенной подачи окисляющего воздуха в вертикальную печь (насос условно не показан) посредством управляемых заслонок 20 и 21 (фиг. 1 и 2.1).
Барботер 17 (фиг. 1 и 2.2) трубопроводом 22 в верхней части сообщается с нижней частью абсорбера 23 (колонны фильтрования), где уложено теплоемкое наполнение 24 из керамических колец Рашига. Вверху абсорбера 23 в ресивере 25 смонтирован спреер 26 встречного орошения восходящего аэрозоля из барботера 17.
Ресивер 25 абсорбера 23 трубопроводом 27 через резиновый сильфон 28 сообщается с вытяжным насосом 29, который подает аэрозоль в тяговую трубу 30.
К шлюзовому приемнику 3 вертикальной печи (фиг. 2.1) примыкает механизм 1 загрузки упакованной в тарный мешок порции отходов, которую укладывают в контейнер 2, установленный на опрокидывающейся платформе 31.
Платформа 31 роликами 32 установлена в рельсовых направляющих 33, профиль которых обеспечивает опрокидывание контейнера 2 в верхней позиции загрузки.
Приемник 3 снизу перекрыт опорной шиберной заслонкой 4, выполненной в виде футерованной огнеупором зубчатой рейки, кинематически связанной с приводной шестерней 34.
Вертикальная печь снабжена системой 19 распределенной подачи (насос условно не показан) окисляющего воздуха по уровням: под колосник 35 через газораспределительную решетку 36, в центральное отверстие 9 свода 10 через сопла 37 кольцевого коллектора 38 и через сопла 39 кольцевого коллектора 40, размещенного в диффузоре 41 камеры 11 дожигания.
Под колосником 35 закреплен лоток 42 сбора золы, которая из него удаляется шнековым транспортером 43.
Конфузор 44 камеры 11 дожигания сообщается с прямоточным патрубком 45, снабженным шарнирно закрепленной крышкой 46, которая выполняет функции аварийного клапана давления. За рукоятку 47 крышка 46 открывается вручную при розжиге печи, для создания тяги.
С патрубком 45 совмещен тангенциальный футерованный трубопровод 12 коммутации с параллельно установленной колонной 13 (фиг. 1 и 2.2) комплексной обработки отходящих из вертикальной печи газообразных продуктов горения в составе последовательно смонтированных во взаимосвязи теплообменника 14, скруббера 15 и барботера 17.
Теплообменник 14 выполнен по схеме труба 48 в трубе 49 (фиг. 2.2), в рубашке которого (зазор между трубами 48, 49) закреплен спиральный лоток 50 для подачи нагнетаемого воздуха.
С рубашкой 48-49 теплообменника 14 скоммутированы поперечные патрубки 51, через которые насосом 52 прогоняется наружный воздух. При этом воздух нагревается, отбирая тепло от транзитно перемещаемых по трубе 48 отходящих из вертикальной печи газов, контактирующих с патрубками 51, в результате чего осуществляется конвективный теплообмен и нагретый до температуры 250-300°С окисляющий воздух выводится по воздуховоду 18.
По примыкающему к нижней части теплообменника 14, к ее трубе 48, воздуховоду 18 горячий воздух подается в систему 19 (фиг. 1 и 2.1) распределения по уровням вертикальной печи (в долях объема): 3/4 под колосник 35, 1/8 в центральное отверстие 9 свода 10 и 1/8 в диффузор 41 камеры 11 дожигания.
С трубой 48 (фиг. 2.2) теплообменника 14 состыкован соосный скруббер 15, содержащий осевую форсунку 16 поперечной струйной подачи реакционного раствора для химического взаимодействия с отходящими газообразными продуктами в потоке из теплообменника 14.
Скруббер 15 закреплен на опоре 53 и подсоединен к приемной центральной трубе 54 сменного барботера 17, на конце которой закреплена перфорированная насадка 55 для струйного распределения нейтрализованных в скруббере 15 газов в рабочем растворе барботера 17, над уровнем которого на трубе 54 закреплен отбойный колпак 56.
Барботер 17 в верхней части оснащен патрубком 22 коммутации с колонной 23 мокрой очистки поступающего снизу аэрозоля.
Патрубок 22 примыкает к теплоемкому наполнению 24 в колонне 23, которое выполнено из керамических колец Рашига, образующих высокоразвитую контактную поверхность для взаимодействия с разбрызгиваемым реакционным раствором из спреера 26, помещенного в ресивере 25 (запорной гидроаэрозольной камере).
При взаимодействии восходящего потока аэрозоля с реакционным раствором в противотоке его конденсированная твердая фаза смывается в отстойник 57, а газовая составляющая поднимается и заполняет камеру 25, выполняющую функции ресивера с повышенным аэродинамическим сопротивлением.
Камера 25 сообщается трубопроводом 27 с вытяжным насосом 29, который оснащен тяговой трубой 30.
Вытяжной насос 29 с трубопроводом 27 связан через демпфирующий сильфон 28, сглаживающий вибрационные нагрузки.
В камере 8 сгорания вертикальной печи (фиг. 1 и 2.1) выполнен люк, закрытый дверцей 58 для ручного ворошения при необходимости сводов спекшегося зольного материала.
Функционирует установка по изобретению следующим образом.
Перед началом работы по утилизации отходов вертикальную печь вручную разжигают, для чего открывают за рукоятку 47 шарнирно укрепленную крышку 46 вертикального патрубка 45, чтобы обеспечить тягу.
Через люк при открытой дверце 58 на колосник 35 укладывают горючий подручный материал и поджигают его - растопочный материал разгорается, после чего дверцу 58 люка закрывают для подъема температуры в камере 8 сгорания. Затем после набора температуры крышкой 46 перекрывают объем печи, которая при сгорании растопочного материала выходит на термодинамический режим.
Далее осуществляется автоматическая загрузка утилизируемого сжиганием материала.
Брикетированный материал или твердые отходов, упакованные в тарные мешки, порционно укладывают в контейнер 2, установленный на платформе 31 устройства 1 загрузки, которая затем поднимается в крайнее верхнее положение, где контейнер 2 опрокидывается под действием профиля направляющих рельсов 33, с которыми контактируют ролики 32.
При этом от сигнала с датчика 5 путевой системы управления срабатывает привод вращения шестерни 34, которая подает шиберную заслонку 4, перекрывающую снизу шлюз 3.
В крайнем верхнем положении опрокидывающегося контейнера 2 порция упакованного материала вываливается из него и размещается на шиберной заслонке 4.
Далее пустой контейнер 2 на платформе 31 возвращается вниз устройства 1.
Приводной шестерней 34 зубчатая рейка заслонки 4 выводится из питателя 3 и порция материала проваливается в патрубок 6.
Из наклонного патрубка 6 порция материала поступает на колосник 35, где воспламеняется и горит под действием температуры розжига.
При сжигании отходов в камере 8 сгорания развивается температура 1100-1150°С в атмосфере избыточного кислорода, который подается из системы 19 в газораспределительную решетку 36 под колосник 35.
Газообразные продукты горения материала тормозятся сводом 10 и задерживаются в камере 8 сгорания на 2 с, обеспечивая полноту прохождения химических реакций полного окисления.
В центральном отверстии 9 свода 10 газообразные продукты горения перемешивается с окисляющим воздухом, поперечно подаваемым из встречно наклоненных под углом 30° к продольной оси сопел 37 кольцевого коллектора 38, что улучшает условия диспергирования конденсированной фазы и ее догорания.
При этом в коллекторе 38 окисляющий воздух в систему 19 забирается из теплообменника 14, где он нагрет отходящими газообразными продуктами горения до температуры 250-300°С, что сохраняет часть тепловой энергии в камере 8 сгорания, которая используется по ее целевому назначению.
Из центрального отверстия 9 свода 10 газовоздушная смесь ламинарно истекает, расширяясь и тормозя в диффузоре 41 камеры 11 дожигания, где встречно вводится из распределенных сопел 39 кольцевого коллектора 40 дополнительный (избыточный) окисляющий воздух, создающий положительный кислородный баланс для полного окисления структурных компонентов аэрозоля и дожигания конденсированных частиц в объеме камеры 11 при температуре 1200-1250°С, где завершаются процесс горения с окислением до конечных продуктов.
В конфузоре 44 камеры 11 дожигания газообразные продукты горения ускоряются и поступают в горизонтальный футерованный патрубок 12 на дальнейшую обработку по охлаждению, нейтрализации и сепарированию абсорбцией.
При объемном горении фрагментированного материала на колоснике 35 образуется зольный остаток, который просыпается через решетку 36 в лоток 42 сбора, откуда шнековым транспортером 43 выводится в приемную тару для утилизации.
Оптимизированный автотермический процесс сжигания твердого фрагментированного материала в двухкамерной модифицированной печи по изобретению исключается спекание частей материала и образование сводов. При необходимости ворошение догорающего на колоснике 35 материала производят вручную через люк в камере 8 при открытой его дверце 58.
При последующей загрузке порции материала, когда мешок падает на колосник 35, происходит механическое дробление догорающих элементов на нем, которые служат распределенными источниками локального воспламенения, обеспечив непрерывность процесса горения.
В примыкающем к патрубку 12 теплообменнике 14 во время движения газообразных продуктов горения по внутренней трубе 48 происходит активный теплоотбор на контактных поверхностях обтекаемых патрубков 51, через которые продувается нагнетаемый внешний воздух, подаваемый насосом 52 по спиральному лотку 50 в рубашке 48-49. При этом посредством спирального лотка 50 осуществляется конвективная теплопередача от трубы 48 на внешнюю трубу 49 радиационного излучения, что суммарно охлаждает газообразные продукты до температуры 950°С, которые поступают в примыкающий скруббер 15.
В скруббере 15 поток газообразных продуктов рассекается поперечными струями реакционного щелочного раствора из форсунки 16, которые перемешиваются и химически взаимодействуют, в результате чего активные газы и радикалы прочно связываются, нейтрализуясь.
Прореагировавшие продукты химических реакций с температурой 600-650°С далее поступают из скруббера 15 по трубе 54 в барботер 17, где они через перфорации центральной насадки 55 выбрасываются в рабочую жидкость, турбулизируя ее и образуя кавитационные пузырьки, результатом чего является флотация и формирование пены, при разделении фракций: газы заполняют свободный объем верхней части барботера 17, а твердая фаза, оседающая на коническом отбойнике 56, где происходит конгломерация твердых частиц, в форме шлама сползает и опускается на наклонное дно барботера 17.
Аэрозоль со средней температурой 300°С из барботера 17 по патрубку 22 поступает в параллельно установленную колонну 23 очистки по «мокрой» технологии абсорбцей при контакте с туманом, генерируемым спреером 26, противотоком взаимодействующим с восходящим аэрозолем, который охлаждается на выходе до температуры 160°С и сепарируется.
Проходя через наполнение 24 в нижней части абсорбера 23 аэрозоль контактирует с теплоемкими и мокрыми кольцами Рашига, чем обеспечивается высокая эффективность очистки аэрозоля от остатков твердой фазы, не прореагировавших фрагментов активных газов и радикалов, которые связываются, нейтрализуются и собираются в отстойнике 57.
Очищенный аэрозоль тормозится и накапливается в ресивере 25, где обильно промывается рабочим раствором посредством спреера 26, откуда затем по трубопроводу 27 он удаляется вытяжным насосом 29 в тяговую трубу 30, в которой естественно поднимается на высоту, где выбрасывается в атмосферу с температурой 80°С.
Вибрационные нагрузки, создаваемые высокооборотным насосом 29, демпфируются резиновым сильфоном 28 и не передаются на трубопровод 27 абсорбера 23.
Особенностью настоящей установки является то, что посредством вытяжного насоса 29 создается разряжение в вертикальной печи и на всем протяжении транспортных и обрабатывающих трубопроводов, обеспечивая сквозное движение газо-аэрозольных продуктов горения в тяговую трубу 30.
Предложенная установка характеризуется тем, что достигнутая высокая рабочая температура в печи и принудительный автоматический отвод газообразных продуктов горения обеспечили сжигание твердых отходов без использования дополнительных горючих материалов.
Опытная проверка работоспособности структурных элементов и опытного образца установки в целом подтвердила эффективность порционного сжигания разнообразных твердых и вязкотекучих материалов бытовых, производственных и медицинских отходов при высоком качестве очистки отходящих газов, в результате чего предотвращен выброс вредных веществ в атмосферу комплексом последовательных действий:
- полное дожигание газообразных продуктов горения в двухкамерной вертикальной печи с распределенной по высоте тангенциальной подачей окисляющего воздуха, в среде с положительным кислородным балансом во фронте горения;
- каскадная химическая нейтрализация высокоактивных газов по «мокрой» технологии щелочным раствором;
- локализация и осаждение твердой фазы в форме шлама в приемник из отходящего аэрозоля, охлажденного в транзитном теплообменнике, при конденсировании в скруббере, сепарации посредством барботажа с флотацией и финишной фильтрации при встречном орошении на развитой контактной поверхности теплоемких керамических колец.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по средствам локализованного сжигания материалов, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления комплексной установки, можно сделать вывод о ее соответствии условиям патентоспособности.
Установка по изобретению рекомендована на серийное промышленное изготовление по заказам потребителей.
1. Установка для сжигания твердых отходов, включающая вертикальную печь, футерованную огнеупорным покрытием, с автоматической порционной загрузкой материала через примыкающий шлюзовой приемник на колосник в камере сгорания, которая посредством центрального отверстия в своде скоммутирована с камерой дожигания продуктов горения, имеющей вертикальный патрубок с аварийным клапаном давления, горизонтальный футерованный трубопровод для сообщения с параллельно установленным транзитным скруббером очистки отходящих газов, оснащенным форсункой струйной поперечной подачи реакционного раствора, и устройство финишного фильтрования аэрозоля, связанное с тяговой трубой трубопроводом, снабженным вытяжным насосом, а также систему распределенной подачи окисляющего воздуха под колосник вертикальной печи и в центральное отверстие ее свода, отличающаяся тем, что над форсункой транзитного скруббера установлен теплообменник типа труба в трубе, снабженный спиральным лотком в рубашке, которая сообщается с системой распределенной подачи в печь горячего окисляющего воздуха, в том числе дополнительно в диффузор камеры дожигания, причем центральная труба теплообменника, где размещен каскад сквозных поперечных патрубков, совмещена со скруббером и с подающим осевым каналом барботера, оснащенным перфорированной насадкой, помещенной в рабочем растворе, при этом свободный объем барботера сообщается с устройством фильтрования аэрозоля, выполненным в виде абсорбера с проницаемым теплоемким наполнением из керамических колец Рашига, связанного с выпускной тяговой трубой через ресивер, в котором расположен центральный спреер распыления технологического раствора.
2. Установка для сжигания твердых отходов по п. 1, отличающаяся тем, что вытяжной насос с трубопроводом от абсорбера соединен посредством сильфона.
3. Установка для сжигания твердых отходов по пп. 1, 2, отличающаяся тем, что в трубопроводах системы подачи горячего окисляющего воздуха установлены регулируемые заслонки.
