RU2009203C1

RU2009203C1 - Furnace for continuous reprocessing of solid domestic wastes in melt

Info

Publication number: RU2009203C1
Application number: SU5017068/02A
Authority: RU
Inventors: А.В. Гречко; Е.И. Калнин; В.В. Мечев; А.В. Тарасов; В.Ф. Денисов; Л.Д. Шишкина; Б.С. Козырицкий; Б.А. Столбов
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов "Гинцветмет"
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1992-11-04
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: reprocessing of wastes. SUBSTANCE: furnace has shaft with vertical dividing wall, box-shaped girdle with tuyeres, base, dome, melt discharge devices, gas discharge channel and charging device. Tuyere is positioned proximate to charging side of dividing wall and spaced from it by distance equal to 11-16 diameters of tuyere outlet opening. Upper part of dividing wall is formed as slit-type clearances alternating with cooled members, with total section of openings being equal to 0.6-0.9. EFFECT: increased efficiency in reprocessing of solid wastes ( by 1.5 - 2 times ), enhanced reliability in operation and easy maintenance and operation of furnace. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для переработки (сжигания, плавки) отходов различного производства, в том числе бытового мусора различного состава с высокой влажностью. The invention relates to equipment intended for the processing (incineration, smelting) of wastes of various production, including household garbage of various compositions with high humidity.

Известны печи для плавки различных видов металлургического сырья (руд, концентратов, шлаков, клинкеров и пр. ), включающие кессонированную шахту, дутьевые фурмы, подину, свод сифоны для выпуска расплавов, загрузочное устройство и газоходы. Known furnaces for smelting various types of metallurgical raw materials (ores, concentrates, slags, clinkers, etc.), including a coffered shaft, blowing tuyeres, a hearth, a siphon vault for releasing melts, a loading device and flues.

К недостатку этих печей относится невозможность переработки материалов с высокой влажностью (не более 8% ), к каким относятся твердые бытовые отходы (до 50-60% влаги). The disadvantage of these furnaces is the impossibility of processing materials with high humidity (not more than 8%), which include municipal solid waste (up to 50-60% moisture).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой печи является печь для непрерывной плавки материалов в расплаве, содержащая шахту, кессонированный пояс с фурмами, подину, свод, устройства для выпуска расплавов, загрузочное устройство и газоотводящий тракт. Фурмы расположены на высоте, разделяющей кессонированный пояс на надфурменную и подфурменную зоны, а торцевые стенки кессонированного пояса выполнены не доходящими до подины. Closest to the technical nature of the proposed furnace is a furnace for continuous melting of materials in the melt, containing a shaft, a coffered belt with tuyeres, a hearth, a vault, devices for releasing melts, a loading device and a gas outlet. The tuyeres are located at a height separating the coffered belt into the above-tuft and sub-tuyere zones, and the end walls of the coffered belt are made not reaching the bottom.

Недостатками этой печи являются: сильное снижение производительности при повышенной влажности загружаемого материала, ненадежность (взрывоопасность) работы при этом, а также сложность и высокая трудоемкость обслуживания печи (организация загрузки, санитарно-гигиенические условия при испарении влаги сырья). The disadvantages of this furnace are: a strong decrease in productivity with increased humidity of the loaded material, unreliability (explosion hazard) of the operation at the same time, as well as the complexity and high complexity of the furnace maintenance (organization of loading, sanitary conditions during evaporation of moisture of the raw material).

Целью изобретения является увеличение производительности, повышение надежности работы и облегчение обслуживания печи. The aim of the invention is to increase productivity, increase reliability and facilitate maintenance of the furnace.

Это достигается тем, что печь, содержащая шахту, кессонированный пояс с фурмами, подину, свод, устройства для выпуска расплавов, загрузочное устройство и газоотводящий тракт, снабжена перегородкой, разделяющей шахту на загрузочную и плавильную зоны, при этом фурма загрузочной зоны установлена от перегородки на расстоянии, равном 11-16 калибрам выходного отверстия фурмы, а верхняя часть перегородки выполнена в виде чередующихся целевых просветов и охлаждаемых элементов с суммарным живым сечением, равным 0,6-0,9. This is achieved by the fact that the furnace containing the shaft, the coffered belt with tuyeres, the hearth, the vault, the device for releasing the melts, the loading device and the gas exhaust duct is provided with a partition dividing the shaft into the loading and melting zones, while the lance of the loading zone is installed from the partition on a distance equal to 11-16 gauges of the lance outlet, and the upper part of the partition is made in the form of alternating target gaps and cooled elements with a total live section of 0.6-0.9.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемой печи; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed furnace; in FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. 1.

Печь содержит шахту 1 для переработки материалов, внутри которой расположена вертикальная перегородка 2 с окном 3, фурмы 4, размещенные на продольных стенках шахты, свод 5, подину 6, шлаковый сифон 7, шпур 8 для выпуска тяжелой фазы расплава (возможна замена на сифон) и газоход 9 для отвода технологических газов. Перегородка 2 отделяет плавильную зону расплава от загрузочной камеры 10, над которой размещено загрузочное устройство 11. В этой камере 10 установлена дополнительная фурма 12. Верхняя часть перегородки 2 имеет чередующиеся щелевые просветы 13 и охлаждаемые элементы 14. The furnace contains a shaft 1 for processing materials, inside of which there is a vertical partition 2 with a window 3, tuyeres 4 located on the longitudinal walls of the shaft, vault 5, bottom 6, slag siphon 7, hole 8 for the release of the heavy phase of the melt (can be replaced with a siphon) and gas duct 9 for the removal of process gases. The partition 2 separates the melt melting zone from the loading chamber 10, over which the loading device 11 is placed. An additional lance 12 is installed in this chamber 10. The upper part of the partition 2 has alternating slotted openings 13 and cooled elements 14.

Печь работает следующим образом. Твердые бытовые отходы (ТБО) непрерывно загружаются с помощью устройства 11 в камеру 10. По мере падения ТБО происходит интенсивное испарение влаги и пары эвакуируются через щелевые просветы 13 перегородки 2 в плавильную зону печи. Подсушенные отходы подают на поверхность ванны, где захватываются циркулирующими под действием газлифтного эффекта потоками расплава под перегородкой 2 и через окно 3 далее переносятся в плавильную зону. В плавильной зоне происходит переработка (плавление, сжигание) ТБО при заданных окислительных режимах дутья на фурмах 4. Шлаковый расплав непрерывно выводится из печи через сифонное устройство 7, а тяжелая фаза, в которой коллектируются металлы (железо, медь и др. ), с подины 6 выводится периодически по мере накопления через шпур 8 (возможно оборудование сифоном). В случае накопления ТБО у торца ванны загрузочной камеры 10 включается (при необходимости работает постоянно) фурма 12. Технологические газы вместе с водяными парами и дутьевым агентом (газ, воздух, кислород) из фурмы 12, поступившими из камеры 10, отводятся через газоход 9 и далее направляются на специальную пылегазоочистку. The furnace operates as follows. Solid household waste (MSW) is continuously loaded using the device 11 into the chamber 10. As the MSW falls, intense evaporation of moisture occurs and the vapor is evacuated through the slotted openings 13 of the partition 2 into the melting zone of the furnace. Dried waste is fed to the surface of the bathtub, where it is captured by the melt flows circulating under the gas-lift effect under the partition 2 and then transferred through the window 3 to the melting zone. In the melting zone, solid waste is processed (melting, burning) under specified oxidative modes of blasting on tuyeres 4. Slag melt is continuously discharged from the furnace through a siphon device 7, and the heavy phase, in which metals are collected (iron, copper, etc.), from the bottom 6 is output periodically as it accumulates through a hole 8 (possibly equipped with a siphon). In the case of accumulation of solid waste at the end of the bath of the loading chamber 10, a lance 12 is turned on (if necessary, it works continuously). The process gases together with water vapor and a blowing agent (gas, air, oxygen) from the lance 12 coming from the chamber 10 are discharged through the gas duct 9 and then sent to a special dust and gas treatment.

Место расположения фурмы 12 (размер l = (11-16)d на фиг. 1) выбрано из условия обеспечения нормальной гидродинамической обстановки в ванне загрузочной камеры 10, а именно предотвращения застойной зоны у торца, вызванной увеличением геометрических параметров этой камеры (для облегчения загрузки отходов разнообразной формы и фракции и для увеличения общей производительности печи), и одновременно недопущения нарушения организованной газлифтным эффектом циркуляции расплава, обеспечивающей эффективный захват материала и перенос его в плавильную зону. Конструкция перегородки 2 со щелевыми просветами 13 и охлаждаемыми элементами 14 (изготовлены из медных прокатных брусков - глиссажных труб, см. фиг. 2) с указанным живым сечением (0,6-0,9) должна обеспечить нормальный отвод водяных паров в плавильную зону (где создается разрежение 2-5 мм вод. ст. ), сокращать или предотвращать попадание брызг расплава, ведущих к настылеобразованиям, в загрузочную камеру 10 из активно барботируемой ванны в плавильной зоне, не забивая (зашлакование, замораживание) при этом щелевые просветы, и одновременно не допускать преждевременного попадания исходных ТБО через верхнюю часть перегородки в плавильную зону печи (в последнем случае исключается операция подсушки отходов и появляется опасность мгновенного испарения влаги взрывного характера). В свою очередь практически сохраняется механическая прочность (жесткость) конструкции шахты печи, как и при обычной сплошной перегородке. The location of the lance 12 (size l = (11-16) d in Fig. 1) is selected from the condition of ensuring a normal hydrodynamic situation in the bath of the loading chamber 10, namely, to prevent the stagnation zone at the end caused by an increase in the geometric parameters of this chamber (to facilitate loading waste of various shapes and fractions and to increase the overall productivity of the furnace), and at the same time to prevent violation of the melt circulation organized by the gas-lift effect, which ensures efficient capture of the material and its transfer to the smelter zone. The design of the partition 2 with slotted openings 13 and cooled elements 14 (made of copper rolling bars - glide tubes, see Fig. 2) with the indicated live section (0.6-0.9) should ensure the normal removal of water vapor in the melting zone ( where a vacuum of 2-5 mm water column is created), to reduce or prevent melt splashes leading to scaling to the loading chamber 10 from the actively sparged bath in the melting zone, without clogging (slagging, freezing) while making gap holes, and at the same time to not allow premature ingress of the initial solid waste through the upper part of the partition into the melting zone of the furnace (in the latter case, the operation of drying the waste is excluded and there is a danger of instant evaporation of moisture of an explosive nature). In turn, the mechanical strength (rigidity) of the furnace shaft structure is practically preserved, as with a conventional solid partition.

Испытания предложенной конструкции печи проведены на базе опытной установки ПВ РОЭМЗ инструмента "Гинцветмет" при переработке ТБО следующего состава, % : Fe 2,31; SiO₂ 4,62; CaO 0,52; Al₂O₃ 2,1; S 0,2; C 19,2; цветные металлы 0,32; O₂ 61,26; N₂ 0,5; H₂ 8,34; остальное 0,63; влажность 51,7% . Работа проводилась на шлаковый расплав состава, % : Fe 20,6; SiO₂ 41,1; CaO 4,7; Al₂O₃ 18,7; цветные металлы 2,8; О₂ 6,5; остальное 0,3.Tests of the proposed furnace design were carried out on the basis of the experimental installation of PV ROEMZ of the Gintsvetmet tool during the processing of solid waste of the following composition,%: Fe 2.31; SiO ₂ 4.62; CaO 0.52; Al ₂ O ₃ 2.1; S 0.2; C 19.2; non-ferrous metals 0.32; O ₂ 61.26; N ₂ 0.5; H ₂ 8.34; the rest is 0.63; humidity 51.7%. The work was carried out on the slag melt composition,%: Fe 20.6; SiO ₂ 41.1; CaO 4.7; Al ₂ O ₃ 18.7; non-ferrous metals 2.8; O ₂ 6.5; the rest is 0.3.

Производительность установки - 20-30 т/сут. Некоторые результаты испытаний ряда конструктивных вариантов печи приведены в таблице. Plant productivity - 20-30 tons / day. Some test results of a number of design options of the furnace are shown in the table.

Как видно из данных таблицы, наилучшие результаты получены при расположении дополнительной фурмы на расстоянии от перегородки l = (11-16) d и при перегородке с живым сечением просветов, равным 0,6-0,9 (варианты 2, 3, 4, 7, 8, 10). При снижении величины l до 10 d (вариант 1) и увеличении ее до 17 d (вариант 5) резко нарушается работа печи из-за изменения гидродинамики ванны в загрузочной камере (изменение циркуляционных потоков и образование застойной зоны расплава). При уменьшении относительного живого сечения в перегородке до 0,5 (вариант 6) и его увеличении до 0,93 (вариант 9) также ухудшается общая работа печи: не обеспечивается эвакуация паров из загрузочной камеры, образуются в ней настыли и пр. Кроме того, в последнем случае из-за значительного сокращения перегородочных охлаждаемых брусков снижается механическая прочность (жесткость) конструкции шахты печи. Во всех указанных случаях (1, 5, 6, 9) заметно ухудшается санитарно-гигиеническая обстановка на печи (выбивание водяных паров) и осложняется обслуживание печи в общем (операции загрузки ТБО, необходимость размывания вязкой массы расплава и пр. ). Все исследованные варианты (1-10) обеспечивали производительность по перерабатываемым ТБО выше, чем в прототипе, за счет увеличения площади загрузочной камеры (с 0,2 до 0,5 м²) при одновременной установке дополнительного дутьевого устройства в этой камере.As can be seen from the table, the best results were obtained when the additional tuyere was located at a distance from the septum l = (11-16) d and with a septum with a live lumen cross section of 0.6-0.9 (options 2, 3, 4, 7 , 8, 10). When l decreases to 10 d (option 1) and increases to 17 d (option 5), the operation of the furnace is sharply disrupted due to a change in the hydrodynamics of the bath in the loading chamber (change in circulation flows and the formation of a stagnant melt zone). When the relative living cross section in the partition decreases to 0.5 (option 6) and increases to 0.93 (option 9), the overall operation of the furnace also deteriorates: vapor is not evacuated from the loading chamber, nastily forms, etc. In addition, in the latter case, due to a significant reduction in the partition walls of the cooled bars, the mechanical strength (rigidity) of the furnace shaft structure is reduced. In all these cases (1, 5, 6, 9), the sanitary and hygienic situation on the furnace (knocking out water vapor) noticeably worsens and maintenance of the furnace in general is complicated (solid waste loading operations, the need to melt the viscous mass of the melt, etc.). All investigated options (1-10) ensured that the productivity of the processed solid waste is higher than in the prototype due to the increase in the area of the loading chamber (from 0.2 to 0.5 m ² ) with the simultaneous installation of an additional blowing device in this chamber.

Таким образом, предлагаемая конструкция печи по сравнению с прототипом позволяет увеличить производительность по переработке твердых бытовых отходов в 1,5-2,0 раза, повысить надежность работы и облегчить обслуживание печи. (56) Авторское свидетельство СССР N 473886, кл. F 27 B 1/00, 1975. Thus, the proposed design of the furnace in comparison with the prototype allows to increase the productivity of the processing of municipal solid waste in 1.5-2.0 times, to increase reliability and facilitate maintenance of the furnace. (56) Copyright certificate of the USSR N 473886, cl. F 27 B 1/00, 1975.

Claims

FURNACE FOR CONTINUOUS PROCESSING OF SOLID DOMESTIC WASTE IN THE MELT, containing a shaft, a coffered belt with tuyeres, a bottom, a vault, devices for releasing melts, a loading device and a gas exhaust duct, characterized in that, in order to increase productivity, increase reliability and facilitate maintenance furnace, it is equipped with a partition separating the mine into the loading and melting zones, while the tuyeres of the loading zone are installed from the partition at a distance equal to 11 to 16 calibres of the outlet of the tuyere, and The upper part of the partition is made in the form of alternating slotted gaps and cooled elements with a total opening section of 0.6 - 0.9.