Способ и устройство для совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила
Изобретение относится к способу и устройству для совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила. Предлагаемое устройство содержит топку, колосник в топке, распределительный узел отходов, выполненный с возможностью распределять отходы по упомянутому колоснику, и распределительный узел влажного (полусухого) сточного ила, выполненный с возможностью транспортировать влажный сточный ил к заднему своду топки и загружать его в топку. Выпускное отверстие газообразных продуктов сгорания топки соединено с котлом-утилизатором, колонной-раскислителем и рукавным фильтром последовательно через трубопровод, так что, проходя через котел-утилизатор, колонну-раскислитель и рукавный фильтр, газообразные продукты сгорания через индуцированный вытяжной вентилятор попадают в вытяжную трубу и выходят в атмосферу. Вода в котле-утилизаторе нагревается до такой степени, чтобы производить пар, способный приводить в движение турбогенератор с генерированием электрической энергии. Имеется шнековый транспортер, выполненный с возможностью транспортировать влажный сточный ил из бункера сточного ила к заднему своду топки, чтобы влажный сточный ил рассеивался по колоснику в топке за счет земного тяготения. В процессе совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила устройство может превращать тепловую энергию в электрическую и обеспечивает возможность использовать сточный ил в качестве полезного ресурса. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение
Предлагаемое изобретение относится к сжиганию отходов, в частности, к способу и устройству для совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
В последние годы имеет место быстрый рост городов Китая. Если экстраполировать текущие темпы урбанизации Китая, основываясь на том, что в 2010 году количество твердых городских отходов в Китае достигло 264 миллионов тонн, то в 2030 году оно должно достичь 409 миллионов тонн, а в 2050 году - 528 миллионов тонн, что указывает на быстрый рост количества твердых городских отходов. В городах на душу населения приходится 440 кг хозяйственно-бытовых отходов в год, так что общий годовой объем превышает 160 миллионов тонн, что составляет более четверти мирового объема отходов. Это количество ежегодно прирастает на восемь - десять процентов, результатом чего является серьезное загрязнение окружающей среды. Традиционными технологиями переработки твердых отходов являются захоронение, компостирование и сжигание с выработкой энергии. Захоронение нашло широкое применение благодаря низким расходам, отработанной технологии и удобству управления. Однако перед захоронением отходы не подвергаются обезвреживанию, и в них остаются в огромных количествах бактерии и вирусы. Кроме того, свалочный фильтрат (жидкость, которая просочилась через твердую массу отходов и содержит какие-либо вещества в растворенном или твердом виде) загрязняет почву и грунтовые воды, что напрямую угрожает природе и здоровью людей. Сжигание отходов для производства энергии привлекает большое внимание и, ввиду таких преимуществ, как полная переработка, значительное снижение мощности, короткое время переработки, отсутствие потребности в больших площадях и возможность получения тепловой энергии, эта технология быстро развивается. По состоянию на февраль 2016 года в Китае работала 231 установка по сжиганию отходов.
С другой стороны, с ускорением урбанизации и индустриализации Китая значительно возросли объемы сточного ила, который грозит серьезным загрязнением окружающей среды, если не будет должным образом переработан. Сжигание сточного ила могло бы удалить из него всю воду и органические вещества, а также патогенные микроорганизмы, свести к минимуму его объем и уменьшить выделение веществ-загрязнителей, то есть, было бы эффективным способом переработки сточного ила. Количество хозяйственно-бытовых отходов и их теплотворная способность быстро выросли за последние годы. Сжигание отходов может обеспечить количество тепла, достаточное для сжигания сточного ила. Согласно соответствующим административным распоряжениям, города, которые имеют или планируют построить электростанции, работающие на сжигании хозяйственно-бытовых отходов, должны обеспечивать совместное сжигание сточного ила и хозяйственно-бытовых отходов, что позволяет не только использовать уже имеющееся оборудование для сжигания и очистки сбросных газов в установках по сжиганию отходов, но и снизить вложения и эксплуатационные расходы. Совместное сжигание сточного ила и хозяйственно-бытовых отходов для получения энергии достигает цели, сформулированной как "сокращение объемов, стабилизация, обезвреживание" при переработке сточного ила и показывает хороший экономический эффект.
Краткое описание предлагаемого изобретения
Целью предлагаемого изобретения является преодоление недостатков предшествующего уровня техники и создание способа и устройства для совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила, которые обеспечили бы достижение цели, сформулированной как "сокращение объемов, стабилизация, обезвреживание" при переработке сточного ила.
Цель изобретения достигается следующим техническим решением.
Предлагаемое устройство для совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила содержит топку, колосник 6 в топке, распределительный узел отходов, выполненный с возможностью распределять отходы по упомянутому колоснику 6, и распределительный узел влажного сточного ила, выполненный с возможностью транспортировать влажный сточный ил к заднему своду топки и загружать этот влажный сточный ил в топку, при этом
выпускное отверстие газообразных продуктов сгорания топки соединено с котлом-утилизатором 8, колонной-раскислителем 12 и рукавным фильтром 16 последовательно через трубопровод, так чтобы проходя в топке через котел-утилизатор 8, колонну-раскислитель 12 и рукавный фильтр 16, газообразные продукты сгорания через индуцированный вытяжной вентилятор 17 попадали в вытяжную трубу и выходили в атмосферу,
котел-утилизатор 8 соединен с турбогенератором 11, так чтобы вода в котле-утилизаторе 8 нагревалась до такой степени, чтобы производить пар, способный приводить в движение турбогенератор 11 с генерированием электрической энергии, и
распределительный узел влажного сточного ила содержит бункер 10 сточного ила и шнековый транспортер 9, выполненный с возможностью транспортировать влажный сточный ил из упомянутого бункера 10 к заднему своду топки, так чтобы влажный сточный ил рассеивался по колоснику 6 в топке за счет земного тяготения.
У входа в топку установлен вспомогательный вентилятор 5, выполненный с возможностью подавать в топку наружный воздух, чтобы способствовать дожиганию газа, не полностью сгоревшего в топке, так чтобы газообразные продукты сгорания увлекались создаваемой вспомогательным вентилятором 5 обратнопоточной турбулентностью и продлевалось время пребывания этих газообразных продуктов сгорания в районе выхода из топки при температуре 850°C - 900°C, и
колосник 6 содержит расположенные по порядку сверху вниз сушильную секцию A, пиролизную секцию B, фиксированную углерод-сжигательную секцию C и фиксированную углерод-выгазовывающую секцию D.
Колонна-раскислитель 12 соединена также с расходным бункером 14 извести, а трубопровод между колонной-раскислителем 12 и рукавным фильтром 16 соединен также с расходным бункером 15 активированного угля.
Распределительный узел отходов содержит бункер 2 отходов и захватное устройство 3, выполненное с возможностью захватывать отходы, находящиеся в бункере 2 отходов, и подавать их в загрузочную воронку, так чтобы из этой загрузочной воронки отходы падали на колосник 6 в топке, так чтобы при этом
летучая зола под котлом-утилизатором 8, колонной-раскислителем 12 и рукавным фильтром 16 собиралась в бункере 13 летучей золы.
Для обеспечения достаточного сжигания отходов в топке под колосником 6 расположен нагнетатель 7, выполненный с возможностью подавать воздух в топку, для сбора свалочного фильтрата под бункером 2 отходов установлен резервуар 1, выполненный с возможностью собирать присутствующую в отходах жидкость, а для сбора шлака ниже колосника 6 установлен шлакоприемный резервуар 4.
Предлагаемый способ совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила содержит следующие операции:
отходы, находящиеся в загрузочной воронке, продвигают к колоснику 6; влажный сточный ил, находящийся в бункере 10 сточного ила, с помощью шнекового транспортера 9 транспортируют к заднему своду топки, где влажный сточный ил распределяется по колоснику 6 в топке за счет земного тяготения,
за счет первичного ветра и теплового излучения топки на колоснике выполняют четыре инсинерационных процесса: высушивание, пиролиз, фиксированное сжигание углерода и фиксированное выгазовывание углерода в отходах и влажном сточном иле; получаемые в процессе сжигания отходов имеющие высокую температуру газообразные продукты сгорания вводят в котел-утилизатор 8, нагревая воду в котле-утилизаторе 8 с целью получения пара для приведения в движение турбогенератора 11, и
для осуществления реакции нейтрализации газообразные продукты сгорания, выпускаемые из котла-утилизатора 8, вводят в колонну-раскислитель 12, где эти газообразные продукты сгорания вступают в контакт с частицами гашеной извести, находящимися в расходном бункере 14 извести; для адсорбции содержащихся в газообразных продуктах сгорания частиц газообразные продукты сгорания пропускают через активированный уголь, находящийся в расходном бункере 15 активированного угля, после чего для отделения находящиеся в газообразных продуктах сгорания частиц и реагентов газообразные продукты сгорания пропускают через рукавный фильтр 16, и наконец с помощью индуцированного вытяжного вентилятора 17 газообразные продукты сгорания вводят в вытяжную трубу, через которую они выходят в атмосферу.
Предлагаемое изобретение обладает следующими преимуществами по сравнению с предшествующим уровнем техники.
(1) Предлагаемое изобретение направлено на эффективное и малотоксичное сжигание отходов и сточного ила и на чистое использование тепла, достигая цели, сформулированной как "сокращение, стабилизация и безвредность". Полусухой сточный ил, временно хранимый в бункере сточного ила, загружают в топку с помощью узла распределения влажного сточного ила. Имеющие высокую температуру газообразные продукты сгорания высушивают загруженный в топку влажный (полусухой) сточный ил, который затем подвергается сжиганию вместе с отходами, в результате чего уничтожаются все патогенные микроорганизмы, минимизируется объем сточного ила и сокращаются загрязняющие выбросы. Система производства энергии на основе сжигания отходов обеспечивает полную переработку газообразных продуктов сгорания, и может быть также обеспечена переработка газообразных продуктов сгорания, образующихся при сжигании сточного ила, в результате чего сокращаются вложения и эксплуатационные расходы.
(2) При обработке полусухого сточного ила в процессе сжигания отходов выделяющееся тепло можно использовать для производства электрической энергии, что позволяет использовать сточный ил как полезный ресурс. Газообразные продукты сгорания, выходящие из котла-утилизатора, поступают в колонну-раскислитель, вступают в контакт с частицами гашеной извести, находящимися в расходном резервуаре гашеной извести, в результате чего имеет место реакция нейтрализации. Затем эти газообразные продукты сгорания пропускают через активированный уголь, содержащийся в расходном бункере активированного угля, где происходит адсорбция частиц, содержащихся в газообразных продуктах сгорания, а затем через рукавный фильтр, чтобы отделить находящиеся в газообразных продуктах сгорания частицы и реагенты, и наконец, с помощью индуцированного вытяжного вентилятора газообразные продукты сгорания вводят в вытяжную трубу, через которую они выходят в атмосферу.
(3) Получаемый в результате сжигания отходов шлак может найти применение в качестве сырья для строительных материалов, таких как цемент, кирпич и бетон, что служит охране природы и, опять же, позволяет использовать сточный ил как полезный ресурс.
Таким образом, раскрываемые предлагаемым изобретением технические решения являются простыми и легкими в осуществлении, благоприятными с точки зрения охраны природы и в высшей степени экономичными. Предлагаемое изобретение может найти широкое применение для переработки промышленных и хозяйственно-бытовых городских отходов и сжигания сточного ила и имеет большие перспективы применения.
Краткое описание прилагаемых графических материалов
На фигуре в виде структурной блок-схемы изображено предлагаемое устройство для совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила.
Подробное описание вариантов осуществления предлагаемого изобретения
Далее предлагаемое изобретение будет описано более подробно на конкретных примерах его осуществления.
Как можно видеть на фигуре, предлагаемое устройство для совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила содержит топку, колосник 6 в топке, распределительный узел отходов, выполненный с возможностью распределять отходы по упомянутому колоснику 6, и распределительный узел влажного сточного ила, выполненный с возможностью транспортировать влажный (полусухой) сточный ил к заднему своду топки и загружать этот влажный сточный ил в топку, при этом
выпускное отверстие газообразных продуктов сгорания топки соединено с котлом-утилизатором 8, колонной-раскислителем 12 и рукавным фильтром 16 последовательно через трубопровод; проходя в топке через котел-утилизатор 8, колонну-раскислитель 12 и рукавный фильтр 16, газообразные продукты сгорания через индуцированный вытяжной вентилятор 17 попадают в вытяжную трубу и выпускаются в атмосферу,
котел-утилизатор 8 соединен с турбогенератором 11; вода в котле-утилизаторе 8 нагревается до такой степени, чтобы производить пар, способный приводить в движение турбогенератор 11 с генерированием электрической энергии, и
распределительный узел влажного сточного ила содержит бункер 10 сточного ила и шнековый транспортер 9, выполненный с возможностью транспортировать влажный сточный ил из упомянутого бункера 10 к заднему своду топки, так чтобы влажный сточный ил рассеивался по колоснику 6 в топке за счет земного тяготения.
У входа в топку установлен вспомогательный вентилятор 5, выполненный с возможностью подавать в топку наружный воздух, чтобы способствовать дожиганию газа, не полностью сгоревшего в топке; газообразные продукты сгорания увлекаются создаваемой вспомогательным вентилятором 5 обратнопоточной турбулентностью, благодаря чему продлевается время пребывания этих газообразных продуктов сгорания в районе выхода из топки при температуре 850°C - 900°C, и
колосник 6 содержит расположенные по порядку сверху вниз сушильную секцию A, пиролизную секцию B, фиксированную углерод-сжигательную секцию C и фиксированную углерод-выгазовывающую секцию D.
Имеющие высокую температуру газообразные продукты сгорания в топке дополнительно высушивают влажный (полусухой) сточный ил, когда последний загружается в топку. Этот влажный сточный ил попадает на сушильную секцию A, так что создаются условия для совместного сжигания полусухого сточного ила и отходов.
Колонна-раскислитель 12 соединена также с расходным бункером 14 извести, а трубопровод между колонной-раскислителем 12 и рукавным фильтром 16 соединен также с расходным бункером 15 активированного угля.
Распределительный узел отходов содержит бункер 2 отходов и захватное устройство 3, выполненное с возможностью захватывать отходы, находящиеся в бункере 2 отходов, и подавать их в загрузочную воронку, так чтобы из этой загрузочной воронки отходы падали на колосник 6 в топке, при этом летучая зола под котлом-утилизатором 8, колонной-раскислителем 12 и рукавным фильтром 16 собирается в бункере 13 летучей золы. Эта летучая зола может быть использована в качестве сырья для строительных материалов.
Под колосником 6 расположен нагнетатель 7, выполненный с возможностью подавать воздух в топку, чтобы обеспечить достаточное сжигание отходов в топке, под бункером 2 отходов установлен резервуар 1 для сбора свалочного фильтрата, выполненный с возможностью собирать присутствующую в отходах жидкость, а ниже колосника 6 установлен шлакоприемный резервуар 4. Шлак тоже может быть использован в качестве сырья для строительных материалов.
Предлагаемый способ совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила содержит следующие операции:
отходы, находящиеся в загрузочной воронке, продвигают к колоснику 6; влажный сточный ил, находящийся в бункере 10 сточного ила, с помощью шнекового транспортера 9 транспортируют к заднему своду топки, где влажный сточный ил рассеивается по колоснику 6 в топке за счет земного тяготения,
за счет первичного ветра и теплового излучения топки на колоснике выполняют четыре инсинерационных процесса: высушивание, пиролиз, фиксированное сжигание углерода и фиксированное выгазовывание углерода в отходах и влажном сточном иле; получаемые в процессе сжигания отходов имеющие высокую температуру газообразные продукты сгорания вводят в котел-утилизатор 8, нагревая воду в котле-утилизаторе 8 с целью получения пара для приведения в движение турбогенератора 11, и
газообразные продукты сгорания, выпускаемые из котла-утилизатора 8, вводят в колонну-раскислитель 12, где эти газообразные продукты сгорания вступают в контакт с частицами гашеной извести, находящиеся в расходном бункере 14 извести, для осуществления реакции нейтрализации; газообразные продукты сгорания пропускают через активированный уголь, находящийся в расходном бункере 15 активированного угля для адсорбции содержащихся в газообразных продуктах сгорания частиц, после чего газообразные продукты сгорания пропускают через рукавный фильтр 16, чтобы с его помощью отделить находящиеся в газообразных продуктах сгорания частицы и реагенты, и наконец с помощью индуцированного вытяжного вентилятора 17 газообразные продукты сгорания вводят в вытяжную трубу, через которую они выходят в атмосферу.
Как указывалось выше, предлагаемое изобретение, может быть воплощено в жизнь лучшим образом.
Варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены приведенными выше примерами. Любые другие изменения, модификации, замены, комбинации и упрощения, которые не нарушают духа и принципа предлагаемого изобретения, должны считаться его эквивалентными вариантами и охватываться его объемом.
1. Устройство для совместного сжигания отходов и полусухого сточного ила, характеризующееся тем, что оно содержит топку, колосник (6) в топке, распределительный узел отходов, выполненный с возможностью распределять отходы по упомянутому колоснику (6), и распределительный узел влажного сточного ила, выполненный с возможностью транспортировать влажный сточный ил к заднему своду топки и загружать этот влажный сточный ил в топку, при этом
выпускное отверстие газообразных продуктов сгорания топки соединено с котлом-утилизатором (8), колонной-раскислителем (12) и рукавным фильтром (16) последовательно через трубопровод, для обеспечения сгорания проходящих в топке через котел-утилизатор (8), колонну-раскислитель (12) и рукавный фильтр (16) газообразных продуктов сгорания и попадания их через индуцированный вытяжной вентилятор 17 в вытяжную трубу и выхода в атмосферу, при этом
котел-утилизатор (8) соединен с турбогенератором (11) с обеспечением при нагревании воды в котле-утилизаторе (8) возможности образования пара, способного приводить в движение турбогенератор (11) для генерирования электрической энергии, и
распределительный узел влажного сточного ила, содержащий бункер (10) сточного ила и шнековый транспортер (9), выполненный с возможностью транспортировать влажный сточный ил из упомянутого бункера (10) к заднему своду топки с обеспечением рассеивания влажного сточного ила рассеивался по колоснику (6) в топке за счет земного тяготения.
2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что у входа в топку установлен вспомогательный вентилятор (5), выполненный с возможностью подавать в топку наружный воздух, чтобы способствовать дожиганию газа, не полностью сгоревшего в топке, с обеспечением захвата газообразных продуктов сгорания создаваемой вспомогательным вентилятором (5) обратнопоточной турбулентностью с целью продления времени пребывания этих газообразных продуктов сгорания в районе выхода из топки при температуре 850-900°C, при этом
упомянутый колосник (6) содержит расположенные по порядку сверху вниз сушильную секцию (A), пиролизную секцию (B), фиксированную углерод-сжигательную секцию (C) и фиксированную углерод-выгазовывающую секцию (D).
3. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что колонна-раскислитель (12) соединена также с расходным бункером (14) извести, а трубопровод между колонной-раскислителем (12) и рукавным фильтром (16) соединен также с расходным бункером (15) активированного угля.
4. Устройство по п. 3, характеризующееся тем, что распределительный узел отходов содержит бункер (2) отходов и захватное устройство (3), выполненное с возможностью захватывать отходы, находящиеся в упомянутом бункере (2) отходов, и подавать их в загрузочную воронку с обеспечением возможности, чтобы из этой загрузочной воронки отходы падали на колосник (6) в топке, и
летучая зола под котлом-утилизатором (8), колонной-раскислителем (12) и рукавным фильтром (16) собиралась в бункере (13) летучей золы.
5. Устройство по п. 4, характеризующееся тем, что для обеспечения достаточного сжигания отходов в топке под колосником (6) расположен нагнетатель (7), выполненный с возможностью подавать воздух в топку, при этом для сбора свалочного фильтрата под бункером (2) отходов установлен резервуар (1), выполненный с возможностью собирать присутствующую в отходах жидкость, а для сбора шлака ниже колосника (6) установлен шлакоприемный резервуар (4).
6. Способ совместного сжигания отходов и сточного ила с использованием устройства по п. 5, характеризующийся тем, что содержит следующие операции:
отходы, находящиеся в загрузочной воронке, продвигают к колоснику (6), влажный сточный ил, находящийся в бункере (10) сточного ила, с помощью шнекового транспортера (9) транспортируют к заднему своду топки, где обеспечивают рассеивание влажного сточного ила по колоснику (6) в топке за счет земного тяготения,
за счет первичного ветра и теплового излучения топки на колоснике выполняют четыре инсинерационных процесса: высушивание, пиролиз, фиксированное сжигание углерода и фиксированное выгазовывание углерода в отходах и влажном сточном иле, причем получаемые в процессе сжигания отходов имеющие высокую температуру газообразные продукты сгорания вводят в котел-утилизатор (8), нагревая воду в котле-утилизаторе (8) с целью получения пара для приведения в движение турбогенератора (11), и
для осуществления реакции нейтрализации газообразные продукты сгорания, выпускаемые из котла-утилизатора (8), вводят в колонну-раскислитель (12), где эти газообразные продукты сгорания вступают в контакт с частицами гашеной извести, находящимися в расходном бункере (14) извести, при этом для адсорбции содержащихся в газообразных продуктах сгорания частиц газообразные продукты сгорания пропускают через активированный уголь, находящийся в расходном бункере (15) активированного угля, затем для отделения находящихся в газообразных продуктах сгорания частиц и реагентов газообразные продукты сгорания пропускают через рукавный фильтр (16), после чего с помощью индуцированного вытяжного вентилятора (17) газообразные продукты сгорания вводят в вытяжную трубу, через которую они выходят в атмосферу.
