RU2563374C2

RU2563374C2 - Processing of solid household and industrial wastes

Info

Publication number: RU2563374C2
Application number: RU2012140891/13A
Authority: RU
Inventors: Борис Михайлович Лапшин; Александр Александрович Смирнов; Владимир Алексеевич Чернорот
Original assignee: Закрытое акционерное общество Инновационная компания "Интехпром"
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2015-09-20
Also published as: RU2012140891A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to thermal processes of decontamination of wastes. For processing of said wastes theses are fused in slag melt blown with gas jets. Melting is performed by gas lift technology in circulating slag melt in specially shielded chamber of gas lift furnace with two areas. Wastes are subjected to oxidation treatment in said first area by circulated slag with intensive air mixing unless a foamed fluid state is reached. Slag remained in oxidation area settling chamber is fed to treatment area in gas lift mode by reduction gases. Exhaust gas flow of reduction area is combined with exhaust oxidation gas flow of reduction area. Process temperature control is performed with the help of heat created by electric current of polarised electrodes fitted in settling chambers of oxidation and reduction areas.

EFFECT: higher efficiency of liquid and gas phase interaction.

Description

Изобретение относится к области термических методов обезвреживания отходов, в частности к области термической обработки бытовых и промышленных отходов, и может быть использовано при ликвидации бытовых и промышленных отходов.The invention relates to the field of thermal methods of waste treatment, in particular to the field of heat treatment of household and industrial waste, and can be used in the elimination of domestic and industrial waste.

В настоящее время в мировой практике применяется более десятка технологий сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) (А.В.Гречко, В.М.Парецкий. Современные технологии термической переработки твердых бытовых отходов и сравнение их показателей. «Цветные металлы», 2006, №2, стр.30-31).Currently, more than a dozen technologies for the incineration of municipal solid waste (MSW) are used in the world practice (A.V. Grechko, V. M. Paretsky. Modern technologies for the thermal processing of municipal solid waste and a comparison of their indicators. “Non-ferrous metals”, 2006, No. 2, pp. 30-31).

Самой распространенной является технология сжигания в слоевой топке на колосниковых решетках. Сжигание отходов в топках в псевдоожиженном слоем широко распространено в Японии. В США работает технология по сжиганию отходов в циркулирующем псевдоожиженном слое.The most common is the technology of burning in a layered furnace on grates. The combustion of waste in fluidized bed furnaces is widespread in Japan. A circulating fluidized bed incineration technology is operating in the United States.

Главным недостатком вышеперечисленных технологий является образование в отходящих газах полиароматических углеводородов (ПАУ) и диоксинов.The main disadvantage of the above technologies is the formation of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) and dioxins in the exhaust gases.

По технологиям сжигания ТБО на колосниковых решетках при температуре 800-900°С остается 25-30% вторичных твердых отходов, зараженных высокотоксичными веществами и требующих, в свою очередь, обезвреживания или специального захоронения. Кроме того, при сжигании отходов при указанной температуре при медленном нагреве идет интенсивное образование диоксинов и ПАУ, как в процессе сжигания отходов, так и в процессе охлаждения газов, где главную функцию синтеза и их транспортировки выполняют аэрозоли сажи. В результате этого происходит загрязнение окружающей среды на расстоянии до 30 км и, как правило, (из зарубежной практики) заводы по переработке ТБО закрываются (Нидерланды, Голландия, Польша и т.д.) или переводятся на дорогостоящую систему очистки газов с помощью угольных фильтров и специальных катализаторов окисления окислов азота, ПАУ и диоксинов.According to the technology of burning solid waste on grate grids at a temperature of 800-900 ° C, 25-30% of secondary solid waste remains contaminated with highly toxic substances and, in turn, require disposal or special disposal. In addition, when burning waste at the indicated temperature during slow heating, there is intensive formation of dioxins and PAHs, both in the process of burning waste and in the process of cooling gases, where the soot aerosols perform the main function of synthesis and transportation. As a result of this, environmental pollution occurs at a distance of up to 30 km and, as a rule, (from foreign practice) MSW processing plants are closed (Netherlands, Holland, Poland, etc.) or transferred to an expensive gas purification system using carbon filters and special catalysts for the oxidation of nitrogen oxides, PAHs and dioxins.

Технологии по сжиганию отходов в топках с псевдоожиженным слоем и в топках с циркулирующим псевдоожиженным слоем не решают проблему утилизации и обезвреживания твердых остатков - шлака, и особенно летучей золы.The technologies for burning waste in fluidized-bed furnaces and in circulating fluidized-bed furnaces do not solve the problem of utilization and neutralization of solid residues - slag, and especially fly ash.

Сжигания ТБО по технологии «Пиролиз и высокотемпературное сжигание» сложно в аппаратурном оформлении как на стадии пиролиза и сжигания отходов, так и на стадии газоочистки и поэтому вряд ли окупаемо.The incineration of solid household waste using the Pyrolysis and High-Temperature Combustion technology is difficult in hardware design both at the pyrolysis and incineration stages, and at the gas treatment stage, and therefore, it is hardly profitable.

Технология ПОРШ при всей сложности системы газоочистки малоэффективна в смысле осаждения получаемых аэрозолей на сажевых образованиях, следовательно, и очистки от диоксинов, т.е. не гарантирует необходимую экологическую обработку.Despite the complexity of the gas purification system, PORCH technology is ineffective in the sense of deposition of the resulting aerosols on soot formations, and therefore, purification from dioxins, i.e. does not guarantee the necessary environmental treatment.

Институтом «ГИНЦветМет» (Гречко А.В., Калнин Е.И., Денисов В.Ф. Печь Ванюкова и ее использование для решения проблемы твердых бытовых отходов // Металлы. - 1998. - №6, с.3-11) совместно с другими организациями разработана экологически чистая технология переработки твердых бытовых отходов (ТБО) и промышленных отходов (ТБПО). Она базируется на плавке в расплаве шлака, продуваемом (барботируемом) газовыми струями. Для этой цели используются агрегаты типа печей Ванюкова (ПВ), получивших промышленное распространение на заводах цветной металлургии России и Казахстана.Institute GINCvetMet (Grechko A.V., Kalnin E.I., Denisov V.F. Vanyukova stove and its use for solving the problem of municipal solid waste // Metals. - 1998. - No. 6, p. 3-11) Together with other organizations, an environmentally friendly technology has been developed for the processing of municipal solid waste (MSW) and industrial waste (TBPO). It is based on melting in a slag melt, blown (sparged) by gas jets. For this purpose, aggregates such as Vanyukov furnaces (PV) are used, which have gained industrial distribution in non-ferrous metallurgy plants in Russia and Kazakhstan.

Сущность технологии заключается в плавке отходов при условиях, обеспечивающих отсутствие высокотоксичных соединений (диоксинов, фуранов и др.) уже на выходе газопылевого потока из печи. По сравнению с существующими способами переработки ТБО (например, в печах-котлоагрегатах с колосниковыми решетками) имеет высокие температуры 1250-1400°С, окислительную среду (коэффициент избытка окислителя а=1,05-1,2), определенную длительность пребывания газов (2-4 с и более), «термическую мгновенность» в процессе плавки. Последнее условие обеспечивается в печи ПВ благодаря специфической гидроаэродинамической обстановке в рабочем пространстве («барботажный эффект»).The essence of the technology lies in the melting of waste under conditions ensuring the absence of highly toxic compounds (dioxins, furans, etc.) already at the exit of the gas and dust stream from the furnace. Compared with existing methods of processing solid waste (for example, in boiler furnaces with grates), it has high temperatures of 1250-1400 ° C, an oxidizing medium (coefficient of excess oxidizer a = 1.05-1.2), a certain duration of gas residence (2 -4 s or more), “thermal instantness” in the process of melting. The latter condition is ensured in the PV furnace due to the specific hydroaerodynamic situation in the working space (“bubble effect”).

Эта технология прошла крупномасштабные испытания на специально переоборудованной под этот вид перерабатываемого сырья (ТБО, ТБПО) установке ПВ на Рязанском опытно-экспериментальном металлургическом заводе ГИНЦветМет.This technology has passed large-scale tests on a PV installation at the Ryazan experimental metallurgical plant GINCvetMet specially converted for this type of processed raw materials (MSW, TBPO).

Переработка ТБПО в печах Ванюкова, однако, имеет ограничения по скоростям протекающих процессов вследствие использования сравнительно малоэффективных барботажных процессов и не позволяет получать шлак, свободный от тяжелых металлов, пригодный для использования, например, в производстве строительных материалов, так как эти печи предусматривают проведение только одного вида технологических процессов, в данном конкретном случае окислительных. При этом отсутствуют восстановительные процессы. Кроме того, при создании большого количества кислорода в отходящих окислительных газах при переработке низкокалорийного сырья для создания высокотемпературного процесса потребуется использование чисто кислородного или обогащенного по кислороду дутьевого газа, что потребует дополнительных как капитальных, так и эксплуатационных затрат. Учитывая непостоянство состава ТБПО, необходимо включение специальных подготовительных операций по подготовке сырья к переработке из-за отсутствия в указанных способах оперативных систем терморегулирования.The processing of TBPO in Vanyukov furnaces, however, has restrictions on the rates of the processes due to the use of relatively ineffective bubbling processes and does not allow obtaining slag free of heavy metals, suitable for use, for example, in the production of building materials, since these furnaces provide for only one type of technological processes, in this particular case, oxidative. There are no recovery processes. In addition, when creating a large amount of oxygen in the exhaust oxidizing gases during the processing of low-calorie raw materials, the creation of a high-temperature process will require the use of purely oxygen or oxygen-rich blast gas, which will require additional capital and operating costs. Given the inconstancy of the composition of TBPO, it is necessary to include special preparatory operations for the preparation of raw materials for processing due to the lack of operational thermal control systems in these methods.

Известен технологический комплекс для утилизации и переработки бытовых и промышленных отходов (полезная модель RU 111467, кл. В09В 3/00 от 18.08.2011 г.). Комплекс содержит линию для подачи метана, установку для газоразделения, трубопроводную и запорную арматуру и устройства для очистки газов. Введены линия подачи твердых бытовых и промышленных отходов, установка для сжигания этих отходов, установленная на выходе линии подачи, установка для синтеза бензина, установленная на выходе линии подачи метана, установка для синтеза аммиака, вход подачи азота которой соединен трубопроводом с выходом азота установки для газоразделения, а вход подачи водорода соединен с соответствующим выходом установки для синтеза бензина. Введена установка для синтеза карбомида, вход подачи аммиака которой соединен с выходом установки для синтеза аммиака, а вход подачи углекислого газа соединен с соответствующими выходами установки для сжигания твердых бытовых и промышленных отходов и установки для синтеза бензина. Твердые бытовые и промышленные отходы по линии подачи подают в установку для сжигания. При сжигании образуется углекислый газ, метан. Который образуется при хранении твердых бытовых и промышленных отходов. По линии для подачи метана подают в установку для синтеза бензина, в которой образуется углекислый газ и водород. Из воздуха выделяют кислород в установке для газоразделения, который используют при сжигании твердых бытовых и промышленных отходов, и азот, который вместе с водородом, который образуется при синтезе бензина в установке для синтеза бензина, используют для синтеза аммиака в установке для синтеза аммиака, который используют для синтеза карбомида в установке для синтеза карбомида совместно с углекислым газом, который образуется при сжигании твердых бытовых и промышленных отходов в установке для сжигания твердых бытовых и промышленных отходов и в установке для синтеза бензина.Known technological complex for the disposal and recycling of household and industrial waste (utility model RU 111467, class B09B 3/00 from 08/18/2011). The complex contains a methane supply line, a gas separation unit, pipeline and shut-off valves, and gas purification devices. A line for supplying solid domestic and industrial waste, a facility for burning this waste, installed at the outlet of the feed line, a gasoline synthesis unit, installed at the outlet of the methane feed line, an ammonia synthesis plant, the nitrogen feed of which is connected by a pipeline to the nitrogen output of the gas separation plant, has been introduced and the input of the hydrogen supply is connected to the corresponding output of the gasoline synthesis unit. A carbide synthesis plant has been introduced, the ammonia feed inlet of which is connected to the output of the ammonia synthesis plant, and the carbon dioxide feed inlet is connected to the corresponding outputs of the plant for burning solid household and industrial wastes and a gasoline synthesis plant. Solid household and industrial waste is fed through a feed line to an incinerator. When burning, carbon dioxide, methane is formed. Which is formed during the storage of solid household and industrial waste. The methane feed line is fed to a gasoline synthesis unit in which carbon dioxide and hydrogen are formed. Oxygen is released from the air in a gas separation unit, which is used for burning solid household and industrial wastes, and nitrogen, which, together with hydrogen, which is formed during the synthesis of gasoline in a gasoline synthesis unit, is used to synthesize ammonia in an ammonia synthesis unit, which is used for the synthesis of carbide in the installation for the synthesis of carbide together with carbon dioxide, which is formed during the combustion of solid household and industrial wastes in the installation for burning solid domestic and industrial waste Odes and in the installation for the synthesis of gasoline.

Однако такой способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов и установка для этого очень и очень сложны.However, this method of processing solid domestic and industrial waste and installation for this is very, very complicated.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности переработки твердых бытовых и промышленных отходов с исключением использования в качестве дутьевого газа кислорода или воздуха, обогащенного по кислороду.The objective of the invention is to increase the efficiency of processing solid domestic and industrial waste with the exception of using oxygen or air enriched in oxygen as blast gas.

Технический результат при использовании изобретения заключается в создании способа переработки твердых бытовых и промышленных отходов с повышенной эффективностью процессов взаимодействия жидкостной и газовых фаз, включением в технологическую переработку терморегулирования и восстановительных процессов.The technical result when using the invention is to create a method for processing solid household and industrial wastes with increased efficiency of the processes of interaction of liquid and gas phases, including thermal control and recovery processes in the technological processing.

Указанный технический результат достигается тем, что способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов включает плавку в расплаве шлака, продуваемого газовыми струями. Плавку осуществляют по газлифтной технологии в циркулирующем расплаве шлака в специально выгороженных камерах газлифтной печи с двумя зонами. В первой зоне проводят окислительную обработку отходов циркулирующим шлаком с интенсивным перемешиванием воздухом вплоть до создания пеножидкостного состояния. Отстоявшийся в отстойной камере окислительной зоны шлак направляют в зону обработки в газлифтном режиме восстановительными газами, а отходящий газовый поток восстановительной зоны объединяют с отходящим окислительным газовым потоком окислительной зоны. Регулирование температуры процесса осуществляется за счет тепла, создаваемого электрическим током от поляризованных электродов, установленных в отстойных камерах окислительной и восстановительной зон.The specified technical result is achieved in that the method of processing solid domestic and industrial waste includes melting in the melt of slag, blown by gas jets. Melting is carried out according to gas-lift technology in a circulating slag melt in specially enclosed chambers of a gas-lift furnace with two zones. In the first zone, the waste is oxidized by circulating slag with intensive air mixing until a foam-liquid state is created. The slag settled in the settling chamber of the oxidizing zone is sent to the treatment zone in a gas-lift mode with reducing gases, and the exhaust gas stream of the reducing zone is combined with the exhaust oxidizing gas stream of the oxidizing zone. The process temperature is controlled by heat generated by electric current from polarized electrodes installed in the settling chambers of the oxidation and reduction zones.

Способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов осуществляется следующим образом.A method of processing solid household and industrial waste is as follows.

Подготовленные отходы дозируются в нисходящий канал газлифта окислительной зоны, где под действием перегретого циркулирующего шлака проходит деструкция отходов и переход минеральной части отходов в шлак. Твердые, жидкие и газообразные продукты деструкции органического происхождения поступают под действием дутьевых газов совместно с циркулирующим шлаком в газлифт, где под действием кислорода воздуха с α≥1,05 окисляются до элементарных соединений без образования сажистых продуктов и сложных полиароматических соединений и соединений диоксинового ряда. Образующийся в процессе переработки твердых бытовых и промышленных отходов в первом циркуляционном контуре шлак поступает на обработку восстановительными реагентами, например углем, во второй циркуляционный контур. Вывод тяжелых металлов из шлака при обработке его восстановительными реагентами делает пригодным шлак для производства из него строительных материалов. Таким образом, переработка твердых бытовых и промышленных отходов по предлагаемой схеме делает безотходную экологически безопасную технологию более экономичной при одновременном увеличении производительности основного технологического агрегата. Введение электродов стабилизирует работу плавильного агрегата при колебаниях состава твердых бытовых и промышленных отходов.The prepared waste is metered into the downward channel of the oxidizing zone gas lift, where under the influence of superheated circulating slag, the waste is degraded and the mineral part of the waste passes into the slag. Solid, liquid, and gaseous degradation products of organic origin enter blast gases together with circulating slag, where they oxidize to elementary compounds under the influence of atmospheric oxygen with α≥1.05 without the formation of soot products and complex polyaromatic compounds and dioxin compounds. The slag generated during the processing of solid household and industrial wastes in the first circulation circuit is fed to the treatment by reducing agents, for example coal, into the second circulation circuit. The removal of heavy metals from slag during processing with reducing agents makes the slag suitable for the production of building materials from it. Thus, the processing of municipal solid and industrial waste according to the proposed scheme makes non-waste environmentally friendly technology more economical while increasing the productivity of the main technological unit. The introduction of electrodes stabilizes the operation of the melting unit with fluctuations in the composition of solid household and industrial waste.

Claims

A method of processing solid domestic and industrial waste, including melting in a melt of slag blown by gas jets, characterized in that the melting is carried out by gas-lift technology in a circulating slag melt in specially fenced chambers of a gas-lift furnace with two zones, in the first of which oxidative treatment of waste by circulating slag with vigorous stirring with air until a foam-liquid state is created, and the slag settled in the settling chamber of the oxidizing zone is sent to the zones processing a gas-lift mode, reducing gases and the exhaust gas flow reduction zone effluent is combined with an oxidizing gas stream oxidizing zone, wherein the temperature control process is carried out by the heat generated by electric current from the polarized electrodes arranged in the settling chambers oxidizing and reducing zones.