[go: up one dir, main page]

RU2637686C2 - Installation of environmentally safe high-temperature combustion of solid household and other organic wastes - Google Patents

Installation of environmentally safe high-temperature combustion of solid household and other organic wastes Download PDF

Info

Publication number
RU2637686C2
RU2637686C2 RU2016102222A RU2016102222A RU2637686C2 RU 2637686 C2 RU2637686 C2 RU 2637686C2 RU 2016102222 A RU2016102222 A RU 2016102222A RU 2016102222 A RU2016102222 A RU 2016102222A RU 2637686 C2 RU2637686 C2 RU 2637686C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solid waste
msw
boiler
waste
shw
Prior art date
Application number
RU2016102222A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016102222A (en
Inventor
Александр Валерьевич Калинин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт строительных материалов и композитов" ООО "НИИ СТРОМКОМПОЗИТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт строительных материалов и композитов" ООО "НИИ СТРОМКОМПОЗИТ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт строительных материалов и композитов" ООО "НИИ СТРОМКОМПОЗИТ"
Priority to RU2016102222A priority Critical patent/RU2637686C2/en
Publication of RU2016102222A publication Critical patent/RU2016102222A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2637686C2 publication Critical patent/RU2637686C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/04Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment drying

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: installation includes a receiving and unloading device, a waste boiler with a furnace, a combustion chamber, a gas cleaning unit. At the same time, a drying drum is installed between the receiving unit and the waste boiler furnace, drying out the solid household waste (SHW) to a residual moisture content of no more than 5% with flue gases from the boiler, burning of SHW in boiler furnace is performed using heated up to 700°C air, which is heated in heat-exchanging pipes laid in the walls of combustion chamber. Moreover, heated air is supplied in two places in the combustion chamber: under the SHW layer and above the SHW layer, while simultaneously burning both solid SHW particles and unburned gaseous pyrolysis products over the burning SHW layer, the molten slag is granulated in a water bath.
EFFECT: increase of efficiency of solid household wastes combustion.
5 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области коммунального хозяйства и предназначено для эффективной безопасной ликвидации непрерывно возрастающих объемов отходов жизнедеятельности человека - твердых бытовых отходов (ТБО).The invention relates to the field of public utilities and is intended for the effective safe elimination of continuously increasing volumes of human waste - municipal solid waste (MSW).

Среди многообразия способов ликвидации (утилизации) ТБО и других органических отходов термические способы признаны наиболее эффективными, т.к. уменьшают объемы исходных ТБО в десятки раз, превращая их в относительно безопасные золы и шлаки. Вместе с тем термические способы утилизации ТБО сопровождаются негативными процессами с образованием различных видов токсичных и канцерогенных продуктов (СО, недожег легких углеводородов, NOx, SO2, Cl2, диоксины, фураны, тяжелые металлы).Among the variety of methods for the elimination (disposal) of solid waste and other organic waste, thermal methods are recognized as the most effective, because reduce the volume of initial solid waste by tens of times, turning them into relatively safe ash and slag. At the same time, thermal methods for the disposal of solid waste are accompanied by negative processes with the formation of various types of toxic and carcinogenic products (CO, underburning of light hydrocarbons, NO x , SO 2 , Cl 2 , dioxins, furans, heavy metals).

Эффективное подавление перечисленных вредностей возможно достичь при высокотемпературной обработке ТБО (выше 1200°С). При таких температурах все виды органических, в т.ч. вредных, веществ претерпевают необратимую деструкцию, превращаясь в экологически безопасные соединения. Если при высокотемпературной обработке ТБО имеет место образование шлакового расплава, то его грануляция в воде приводит к быстрому отверждению, где тяжелые металлы связываются в безвредные, комплексные соединения, блокированные химически стойкой стеклофазой.Effective suppression of these hazards can be achieved with high-temperature processing of solid waste (above 1200 ° C). At such temperatures, all types of organic, including harmful substances undergo irreversible destruction, turning into environmentally friendly compounds. If the formation of slag melt occurs during high-temperature processing of solid waste, its granulation in water leads to rapid curing, where heavy metals bind to harmless, complex compounds blocked by chemically resistant glass phase.

Известен способ термической утилизации ТБО прямым сжиганием широко распространенный в мировой практике (Левин Б.И. Использование твердых бытовых отходов в системах энергоснабжения. Энергоиздат, М., 1982). Это простой и относительно дешевый способ, когда в топке энергетического котла сжигается ТБО, такие как есть, без специальной переработки. В результате сжигания ТБО, естественная влажность которых колеблется в широких пределах, достигая 50 и более процентов при неконтролируемом содержании неорганических компонентов (стекло, бетон, керамика, грунт, и др.), температура горения не превышает 850°С, что исключает возможность эффективно подавить синтезируемые при низкотемпературном горении вредности. Для обеспечения экологической безопасности на этих заводах применяют сложные и дорогие системы очистки газов, а в ряде стран используют в мусоросжигающих котлах специальные подтопки природным газом или котельным жидким топливом для поднятия температуры сгорания.A known method of thermal disposal of solid waste by direct burning is widespread in world practice (Levin B. I. Use of municipal solid waste in energy supply systems. Energoizdat, M., 1982). This is a simple and relatively cheap way when solid waste, such as is, is burned in the furnace of an energy boiler without special processing. As a result of burning solid waste, the natural humidity of which varies widely, reaching 50 percent or more with an uncontrolled content of inorganic components (glass, concrete, ceramics, soil, etc.), the combustion temperature does not exceed 850 ° C, which eliminates the ability to effectively suppress synthesized by low-temperature combustion of harmful substances. To ensure environmental safety, these plants use complex and expensive gas purification systems, and in some countries they use special underflooding with natural gas or liquid fuel boiler in waste incineration boilers to raise the combustion temperature.

Известен способ и устройство сжигания твердых бытовых отходов (Патент RU 2265773 С2, F23G 5/00, F23B 1/16), в котором температура сжигания ТБО доводится до 1000°С, а фильтрация дымовых газов предлагается через слой извести, полученной диссоциацией известняка. Недостатком известного способа является недостаточно высокая температура сжигания ТБО, не гарантирующая разложения, в частности диоксинов и фуранов, несмотря на то что в известном изобретении в качестве дополнительного подогревающего топлива используется природный газ.A known method and device for the incineration of municipal solid waste (Patent RU 2265773 C2, F23G 5/00, F23B 1/16), in which the temperature of the incineration of solid waste is brought to 1000 ° C, and filtering the flue gas is proposed through a layer of lime obtained by dissociation of limestone. The disadvantage of this method is the insufficiently high temperature of solid waste burning, which does not guarantee decomposition, in particular dioxins and furans, despite the fact that in the known invention, natural gas is used as an additional heating fuel.

Известен способ циклического сжигания твердых бытовых отходов (Патент RU 2221197 С2, F23G 5/00), в котором для увеличения температуры сгорания ТБО используется жидкий кислород. Недостатком известного способа является необходимость сооружения в составе мусоросжигающего предприятия кислородного завода, это существенно увеличивает расход энергии, удельных капитальных и производственных затрат при сжигании ТБО, к тому же создаются предпосылки взрывоопасности.A known method for the cyclic burning of municipal solid waste (Patent RU 2221197 C2, F23G 5/00), in which liquid oxygen is used to increase the combustion temperature of solid waste. The disadvantage of this method is the need to build an oxygen plant as part of the incinerator, this significantly increases the energy consumption, specific capital and production costs during the incineration of solid waste, moreover, the prerequisites for explosion hazard are created.

Известен способ сжигания ТБО с использованием плазменного нагрева (Патент SU 1836603, F23G 5/00 Способ термической переработки твердых бытовых отходов и устройство для его осуществления). Недостатком способа является большой расход электрической энергии при низком КПД утилизации, что не позволит создать и эксплуатировать технологические линии значительной мощности. Известный способ полезен и эффективен в лабораторных условиях или, например, для утилизации небольших объемов медицинских отходов.A known method of burning solid waste using plasma heating (Patent SU 1836603, F23G 5/00 Method for the thermal processing of municipal solid waste and a device for its implementation). The disadvantage of this method is the high consumption of electric energy with low efficiency of utilization, which will not allow you to create and operate production lines of significant power. The known method is useful and effective in laboratory conditions or, for example, for the disposal of small amounts of medical waste.

Известна установка для термической переработки бытовых отходов (Патент RU 2303746 С2, F23G 5/14), принятая за прототип, содержащая приемно-разгрузочное устройство, мусоросжигающий котел с топкой, топочную камеру, газоочистное устройство, котел-утилизатор, устройство повторного нагрева дымовых газов за счет сжигания газообразного топлива, в результате которого температура дымовых газов возрастает до 1300…1400°С, обеспечивая гарантированное сгорание неполностью окисленных газообразных соединений, в том числе обеспечивая деструкцию вторичных диоксинов и фуранов.A known installation for the thermal processing of household waste (Patent RU 2303746 C2, F23G 5/14), adopted as a prototype, containing a receiving and unloading device, an incinerator boiler with a furnace, a combustion chamber, a gas treatment device, a waste heat boiler, a device for reheating flue gases for the combustion of gaseous fuels, as a result of which the temperature of the flue gases rises to 1300 ... 1400 ° C, ensuring guaranteed combustion of incompletely oxidized gaseous compounds, including the destruction of secondary dioxins ins and furans.

Вместе с тем известная установка, принятая за прототип, имеет следующие недостатки:However, the known installation, adopted as a prototype, has the following disadvantages:

- для перегрева дымовых газов используется дополнительное топливо, что снижает технико-экономическую эффективность процесса;- for overheating of flue gases, additional fuel is used, which reduces the technical and economic efficiency of the process;

- тяжелые металлы, сосредоточенные в золошлаке, образовавшемся при относительно низких температурах (до 1000°С) (авторы предлагают перегревать только отходящие дымовые продукты), содержат тяжелые металлы в несвязанном виде и сохраняют потенциальную опасность.- heavy metals concentrated in ash and slag formed at relatively low temperatures (up to 1000 ° C) (the authors propose to overheat only the exhaust smoke products), contain heavy metals in an unbound form and retain a potential danger.

Целью изобретения является обеспечение процесса сжигания ТБО и других органический отходов при температурах не ниже 1300°С без привлечения дополнительных топлив, совершая термохимический процесс целиком за счет энергии, содержащейся в ТБО, при этом образующиеся золошлаковые отходы, находящиеся в расплавленном состоянии, подвергаются гранулированию в холодной воде, превращаясь в твердый остеклованный продукт, надежно связывающий находящиеся в золошлаке тяжелые металлы.The aim of the invention is to provide a process for burning solid waste and other organic waste at temperatures not lower than 1300 ° C without attracting additional fuels, performing a thermochemical process entirely due to the energy contained in the solid waste, while the resulting ash and slag wastes in the molten state are granulated in cold water, turning into a solid vitrified product, reliably binding heavy metals in ash and slag.

Цель достигается тем, что установка экологически безопасного высокотемпературного сжигания твердых бытовых отходов и прочих органических отходов, содержащая приемно-разгрузочное устройство, мусоросжигающий котел с топкой, топочную камеру, газоочистное устройство, отличается тем, что между приемным узлом и топкой котла установлен сушильный барабан, осуществляющий подсушку ТБО до остаточной влажности не более 5% дымовыми газами от котла, сжигание ТБО в топке котла выполняется с использованием подогретого до 700°С воздуха, который нагревается в теплообменных трубах, проложенных в стенах топочной камеры, причем подогретый воздух подается в двух местах топочной камеры: под слой ТБО и над слоем ТБО, обеспечивая одновременно сгорание как твердых частиц ТБО, так и недожженных газообразных продуктов пиролиза над горящим слоем ТБО.The goal is achieved in that the installation of environmentally friendly high-temperature incineration of solid household waste and other organic waste, containing a receiving and unloading device, an incinerator boiler with a furnace, a combustion chamber, a gas cleaning device, is characterized in that a drying drum is installed between the receiving unit and the furnace of the boiler, drying of solid waste to a residual moisture content of not more than 5% by flue gases from the boiler, solid waste is burned in the boiler furnace using air heated to 700 ° C, which is heated etsya in the heat exchange tubes, installed in the walls of the combustion chamber, the preheated air is supplied in two places of the combustion chamber: a layer of solid waste and solid waste on the bed while ensuring combustion of both MSW solid particles and unburnt gaseous pyrolysis products over the burning MSW layer.

Заявляемое изобретение поясняется следующим схемами.The invention is illustrated by the following schemes.

На фигуре 1 представлена схема материального и теплового балансов процесса традиционного сжигания ТБО.The figure 1 presents a diagram of the material and thermal balances of the traditional incineration of solid waste.

На фигуре 2 представлена схема материального и теплового баланса сжигания ТБО, в котором ТБО и дутьевой воздух предварительно подогрет.The figure 2 presents a diagram of the material and heat balance of incineration of solid waste, in which the solid waste and blast air are preheated.

На фигуре 3 представлена схема материального и теплового балансов примера практического применения изобретения.The figure 3 presents a diagram of the material and thermal balances of an example of the practical application of the invention.

На фигуре 4 представлен продольный разрез установки.The figure 4 presents a longitudinal section of the installation.

На фигуре 5 представлен разрез топки и топочной камеры.The figure 5 presents a section of the furnace and the combustion chamber.

Позицией «1» на схемах фигур 1, 2, 3 обозначена топка.Position “1” on the diagrams of figures 1, 2, 3 indicates the firebox.

Установка содержит водяную ванну для грануляции золошлакового расплава.The installation contains a water bath for granulation of ash and slag melt.

Термохимические основы гарантированного функционирования изобретения заключаются в следующем.Thermochemical basis of the guaranteed functioning of the invention are as follows.

Любые ТБО, собранные в различных регионах, в различное время года всегда состоят из трех физических фаз, существенно различающихся друг от друга:Any solid waste collected in different regions at different times of the year always consists of three physical phases that are significantly different from each other:

горючая массаcombustible mass 38…65%38 ... 65% неорганическая субстанцияinorganic substance 12…20%12 ... 20% физическая водаphysical water 15…50%15 ... 50%

Столь значительный разброс показаний обуславливает справедливость утверждения, что ТБО крайне неоднородный продукт.Such a significant dispersion of evidence determines the validity of the assertion that MSW is an extremely heterogeneous product.

Однако многолетний анализ ТБО Российской сборки в различных городах страны позволил выяснить среднестатистическую модель фазового состава ТБО, который выглядит следующим образом:However, a long-term analysis of MSW of Russian assembly in various cities of the country made it possible to find out the average statistical model of the phase composition of MSW, which looks like this:

горючая массаcombustible mass 49,7%49.7% неорганическая субстанцияinorganic substance 14,0%14.0% физическая водаphysical water 36,3%36.3%

Носителем энергетического потенциала ТБО является горючая масса, представленная различными органическими продуктами. Две другие фазы - энергетическим потенциалом не обладают. Чем выше доля горючей массы в ТБО, тем больше количества тепла при сжигании выделят ТБО.The carrier of the energy potential of solid waste is a combustible mass represented by various organic products. The two other phases do not have an energy potential. The higher the proportion of the combustible mass in the MSW, the more heat will be generated during the combustion of the MSW.

По данным многочисленных исследований, элементный состав горючей массы ТБО среднестатистической Российской сборки следующий:According to numerous studies, the elemental composition of the combustible solid waste mass of the average Russian assembly is as follows:

углерод, Сcarbon, C 52,2±3,0%52.2 ± 3.0% водород, Н2 hydrogen, H 2 5,0±1,6%5.0 ± 1.6% кислород, O2 oxygen, O 2 33,2±2,6%33.2 ± 2.6% азот, N2 nitrogen, N 2 1,5±0,8%1.5 ± 0.8% сера, Ssulfur, S 0,5±0,1%0.5 ± 0.1% хлор, Cl2 chlorine, Cl 2 0,2±0,1%0.2 ± 0.1% зола пирогенетическаяpyrogenetic ash 7,4±1,5%7.4 ± 1.5%

Теоретическая теплотворная способность горючей массы в ТБО среднестатистической Российской сборки, определенная по формуле Менделеева, равна 4600 ккал/кг.The theoretical calorific value of the combustible mass in MSW of the average Russian assembly, determined by the Mendeleev formula, is 4600 kcal / kg.

Знание теплотворной способности горючей массы позволяет оценить теплотворную способность ТБО любого фазового состава. Так, среднестатистическая модель фазового состава, в котором горючая масса составляет 49,7%, имеет ориентировочную теплотворную способность:Knowing the calorific value of the combustible mass allows you to evaluate the calorific value of solid waste of any phase composition. So, the average model of the phase composition, in which the combustible mass is 49.7%, has an estimated calorific value:

QH=0,497×4600=2290 ккал/кгQ H = 0.497 × 4600 = 2290 kcal / kg

Если из ТБО удалить часть физической воды, то оставшаяся, сухая, часть ТБО значительно увеличит содержание горючей массы и, следовательно, увеличит энергетический потенциал ТБО. Так, если фазовый состав ТБО, представленный выше, подсушить до остаточного содержания влажности 5%, то получим ТБО следующего фазового состава:If part of the physical water is removed from the MSW, then the remaining, dry, part of the MSW will significantly increase the content of combustible mass and, therefore, increase the energy potential of the MSW. So, if the phase composition of MSW, presented above, is dried to a residual moisture content of 5%, then we obtain the MSW of the following phase composition:

горючая массаcombustible mass 86%86% неорганическая субстанцияinorganic substance 9%9% физическая водаphysical water 5,0%5.0%

Ориентировочная теплотворная способность сухих ТБО, где количество горючей массы составляет 86% (см. выше) составит:Estimated calorific value of dry solid waste, where the amount of combustible mass is 86% (see above) will be:

QH=3960 ккал/кгQ H = 3960 kcal / kg

Представленный расчет наглядно демонстрирует положительную роль обезвоживания ТБО в повышении их энергетического потенциала.The presented calculation clearly demonstrates the positive role of solid waste dehydration in increasing their energy potential.

Другим дополнительным эффективным фактором повышения энергетического потенциала ТБО, а следовательно, увеличением температуры сгорания, является увеличение теплосодержания (энтальпии) сухих ТБО, нагреваемых при сушке, и нагревание дутьевого воздуха, необходимого для горения.Another additional effective factor in increasing the energy potential of solid waste, and therefore, increasing the temperature of combustion, is to increase the heat content (enthalpy) of dry solid waste heated during drying, and the heating of blast air necessary for combustion.

Теплосодержание сухих ТБО обеспечивается во время сушки ТБО дымовыми газами, отходящими от котла с температурой 300…350°С. При этой температуре на поверхности высушиваемых частиц ТБО температура поднималась не выше 250°С. Увеличение температуры высушиваемых ТБО выше 250°С недопустимо из-за угрозы возникновения пиролиза ТБО и наполнения отходящих сушильных газов пиролизным газом.The heat content of dry solid waste is provided during drying of solid waste with flue gases leaving the boiler with a temperature of 300 ... 350 ° C. At this temperature, on the surface of the dried particles of solid waste, the temperature rose no higher than 250 ° C. An increase in the temperature of the dried solid waste above 250 ° C is unacceptable because of the threat of pyrolysis of the solid waste and filling the exhaust drying gases with pyrolysis gas.

Оптимальным сушильным устройством для сушки ТБО является вращающаяся наклонная камера (сушильный барабан), т.к. только такое устройство сушильного аппарата позволит ТБО - продукту структурно связанному, склонному к комкованию и зависанию, гарантированно перемещаться от «холодного» конца сушильного устройства к «горячему», непрерывно переворачиваясь в сторону потока теплоносителя.The optimal drying device for drying solid waste is a rotating inclined chamber (drying drum), because only such a device of the drying apparatus will allow the MSW - a product structurally related, prone to clumping and freezing, guaranteed to move from the "cold" end of the drying device to the "hot" one, continuously turning over in the direction of the coolant flow.

Поскольку сушильный барабан непосредственно связан с топкой, то температура высушенных ТБО не успевает существенно охладиться. По результатам экспериментальных замеров эта температура может быть принята равной 180°С, отсюда теплосодержание ТБО, приобретенное при сушке, можно рассчитать по классической формуле:Since the drying drum is directly connected with the furnace, the temperature of the dried solid waste does not have time to cool significantly. According to the results of experimental measurements, this temperature can be taken equal to 180 ° C, hence the heat content of solid waste acquired during drying can be calculated by the classical formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

m - масса сухих ТБО, кг;m is the mass of dry solid waste, kg;

с - теплоемкость сухих, нагретых до 180°С ТБО (0,3 ккал/кг⋅град);с - heat capacity of dry solid waste heated to 180 ° С (0.3 kcal / kg⋅rad);

t - температура сухих ТБО (180°С).t is the temperature of dry solid waste (180 ° C).

Подставив известные значения в формулу (1), получим упрощенное выражение:Substituting the known values in the formula (1), we obtain a simplified expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

Теплосодержание воздуха, подаваемого на сжигание ТБО, обеспечивается конвектным нагревом в пакете труб, проложенных в стенках топочной камеры (см. фигуру 2). Максимально возможная температура нагрева стальных труб теплообменника термоизолированных от прямого теплового воздействия продуктов сгорания в топочной камеры 1000…1050°С. За счет конвективного теплообмена, регулируемого скоростью движения воздуха по трубам, максимальный нагрев воздуха составит, примерно, 700°С. Это значение в изобретении считается оптимальным.The heat content of the air supplied for the incineration of solid waste is provided by convective heating in a stack of pipes laid in the walls of the combustion chamber (see figure 2). The maximum possible temperature for heating steel pipes of the heat exchanger thermally insulated from direct heat exposure of the combustion products in the combustion chamber is 1000 ... 1050 ° C. Due to convective heat transfer, controlled by the speed of air through the pipes, the maximum heating of the air will be approximately 700 ° C. This value in the invention is considered optimal.

Если температура нагретого воздуха 700°С, то его теплосодержание определится по формуле (1), где t=700°С, а с - 0,271 ккал/кг⋅град:If the temperature of the heated air is 700 ° С, then its heat content will be determined by the formula (1), where t = 700 ° С, and с - 0.271 kcal / kg⋅rad:

где

Figure 00000003
Where
Figure 00000003

m - масса воздуха, подаваемого на сгорание, кг.m is the mass of air supplied to the combustion, kg

Для определения температуры сгорания ТБО воспользуемся классической формулой:To determine the combustion temperature of solid waste, we use the classical formula:

где

Figure 00000004
Where
Figure 00000004

tД - действительная температура сгорания топлива,°С;t D - actual temperature of fuel combustion, ° С;

Q - теплотворная способность топлива, ккал;Q is the calorific value of the fuel, kcal;

m - масса продуктов сгорания, кг;m is the mass of combustion products, kg;

с - теплоемкость продуктов сгорания, ккал/кг⋅град.с - heat capacity of the combustion products, kcal / kg⋅rad.

Сравним температуры сгорания ТБО среднестатистической Российской сборки «сырых» и высушенных. Влажность первых 36,3%, влажность вторых 5% (см. выше).Let us compare the combustion temperatures of solid domestic waste of the average Russian assembly of “raw” and dried ones. Humidity of the first 36.3%, humidity of the second 5% (see above).

Предположим, что сжигается 100 кг «сырых» ТБО с W=36,3% и зольностью 14%. Количество выделившегося тепла равно Q-2290⋅100=229000 ккал.Suppose that 100 kg of raw MSW are burned with W = 36.3% and an ash content of 14%. The amount of heat released is equal to Q-2290-100 = 229000 kcal.

Количество дутьевого воздуха с коэффициентом избытка α=1,5, необходимого для сгорания, определенное по стандартным методикам, равно 468 кг, количество продуктов сгорания соответственно m=568 кг, в т.ч. шлаки 18 кг. Теплоемкость газообразных продуктов сгорания 0,36 ккал/кг.The amount of blast air with an excess coefficient α = 1.5 required for combustion, determined by standard methods, is 468 kg, the number of products of combustion, respectively, m = 568 kg, including slag 18 kg. The heat capacity of the gaseous products of combustion of 0.36 kcal / kg

Подставив известные значения в формулу (4), получим температуру газообразных продуктов сгорания выше 900°С.Substituting the known values in the formula (4), we obtain the temperature of the gaseous products of combustion above 900 ° C.

Схема материального и теплового балансов процесса традиционного сжигания ТБО представлена на фигуре 1.A diagram of the material and thermal balances of the traditional MSW incineration process is presented in figure 1.

Если сжигать высушенные ТБО с остаточной влажностью 5% и зольностью 9%, то теоретическое количество выделенного тепла:If you burn dried solid waste with a residual moisture content of 5% and an ash content of 9%, then the theoretical amount of heat generated:

Q=3960×100=396000 ккал/кгQ = 3960 × 100 = 396000 kcal / kg

В связи с увеличением доли горючей массы в сухих ТБО увеличивается расход дутьевого воздуха до 760 кг, выход шлака до 20 кг и выход газообразных продуктов сгорания до 840 кг. Теплосодержание сухих ТБО, воздуха и шлака определено по формулам (1)…(3). Температура газообразных и твердых продуктов сгорания превысит 1400°С.Due to the increase in the proportion of combustible mass in dry solid waste, the flow rate of blast air increases to 760 kg, the output of slag to 20 kg and the output of gaseous products of combustion to 840 kg. The heat content of dry solid waste, air and slag is determined by the formulas (1) ... (3). The temperature of gaseous and solid combustion products will exceed 1400 ° C.

На фигуре 2 представлен тепловой и материальный баланс процесса сжигания ТБО, в котором ТБО и дутьевой воздух предварительно подогрет.The figure 2 presents the thermal and material balance of the process of burning solid waste, in which the solid waste and blast air are preheated.

Представленные данные свидетельствуют о том, что в случае использования обезвоженных и подогретых ТБО до 180°С и нагретого дутьевого воздуха до 700°С, температура сгорания ТБО превосходит 1400°С, что гарантирует экологическую безопасность процесса сжигания.The data presented indicate that in the case of using dehydrated and heated solid waste up to 180 ° C and heated blast air up to 700 ° C, the combustion temperature of the solid waste exceeds 1400 ° C, which guarantees the environmental safety of the combustion process.

Таким образом, в основе процессов, протекающих в установке, высокотемпературного сжигания ТБО и других органических продуктов, являющейся предметом изобретения, лежат объективные законы термохимии, гарантирующие реальность заявленного изобретения.Thus, the basis of the processes occurring in the installation, high-temperature combustion of solid waste and other organic products, which is the subject of the invention, are the objective laws of thermochemistry, guaranteeing the reality of the claimed invention.

Изобретение состоит из следующих узлов и деталей (фигура 4): приемного узла ТБО (3), разгрузочного узла (10) с водяной ванной для грануляции расплавленного шлака (11), сушильного барабана (4), высокотемпературной топки (5), топочной камеры (7) с дутьевыми вентиляторами и пакетом воздушных нагревательных труб, котла (9), газохода (8) для передачи отработанного теплоносителя (дымовых газов) в сушильный барабан, камеры охлаждения дымовых газов (13) с вентилятором (12), газоочистительного блока (на фигуре 4 не показан).The invention consists of the following components and parts (figure 4): a solid waste receiving unit (3), an unloading unit (10) with a water bath for granulation of molten slag (11), a drying drum (4), a high-temperature furnace (5), and a combustion chamber ( 7) with blowing fans and a package of air heating pipes, a boiler (9), a gas duct (8) for transferring the spent heat carrier (flue gases) to the dryer drum, flue gas cooling chambers (13) with a fan (12), a gas treatment unit (in the figure 4 is not shown).

Установка экологически безопасного высокотемпературного сжигания ТБО и других органических отходов работает следующим образом.Installation environmentally friendly high-temperature incineration of solid waste and other organic waste works as follows.

ТБО поступают в промежуточное хранилище 1, откуда ковшом грейферного крана 2 ТБО передают в приемное устройство сушильного барабана 4, где в течение примерно одного часа ТБО обезвоживаются до остаточной влажности, примерно 5%. Сушка ТБО осуществляется отработанным теплоносителем (дымовыми газами) от котла 9 посредством соединительного газохода 8. Температура охлажденного теплоносителя 300… 350°С. Поскольку температура дымовых газов на выходе из котла 9 достигает 500°С, то снижение температуры отработанного теплоносителя осуществляется подмешиванием к нему холодного воздуха вентилятором 12, установленным вместе со смесительной камерой 13 на верхней части котла 9.The solid waste arrives in the intermediate storage 1, from where the solid waste bucket of the clamshell crane 2 is transferred to the receiving device of the drying drum 4, where the solid waste is dehydrated for about one hour to a residual moisture content of about 5%. Drying of solid waste is carried out by the spent heat carrier (flue gases) from the boiler 9 by means of a connecting duct 8. The temperature of the cooled heat carrier is 300 ... 350 ° C. Since the temperature of the flue gases at the outlet of the boiler 9 reaches 500 ° C, the temperature of the waste heat carrier is reduced by mixing cold air with a fan 12 installed together with the mixing chamber 13 on the top of the boiler 9.

Сухие ТБО с температурой около 180°С из сушильного барабана 4 непосредственно попадают в высокотемпературную топку 5, где сгорают при температурах не ниже 1400°С. Высокотемпературное сжигание достигается за счет теплосодержания сухих ТБО и теплосодержания нагретого до 700°С дутьевого воздуха в теплообменных трубах, проложенных в стенах топочной камеры 6.Dry solid waste with a temperature of about 180 ° C from the drying drum 4 directly fall into the high-temperature furnace 5, where it is burned at temperatures not lower than 1400 ° C. High-temperature combustion is achieved due to the heat content of dry solid waste and the heat content of blast air heated to 700 ° C in heat transfer pipes laid in the walls of the combustion chamber 6.

В результате высокотемпературного сжигания ТБО минеральная часть, содержащаяся в них, расплавляется до жидкого текучего состояния. Расплав шлака выпускается в водяную ванну 11, где быстро охлаждается, превращаясь в каплевидные остеклованные гранулы (граншлак). Нагретый до температуры 1400… 1500°С теплоноситель направляется в паровой или водогрейный котел, где производится технологический пар или горячая теплофикационная вода.As a result of high-temperature combustion of solid waste, the mineral part contained in them is melted to a liquid fluid state. The slag melt is discharged into a water bath 11, where it is rapidly cooled, turning into a drop-shaped vitrified granules (granulated slag). Heated to a temperature of 1400 ... 1500 ° C, the coolant is sent to a steam or hot water boiler, where process steam or hot heating water is produced.

Отработанный теплоноситель из котла 9 по газоходу поступает в сушильный барабан 4, пройдя через сушильный барабан 4, теплоноситель насыщенный испаренной из ТБО влагой поступает в блок газоочистки, состоящий из аппаратов мокрого улавливания аэрозолей с одновременной гидрохимической нейтрализацией вредных соединений газов, содержащихся в дымовых газах.The spent coolant from the boiler 9 through the gas duct enters the drying drum 4, passing through the drying drum 4, the coolant saturated with the moisture evaporated from the MSW enters the gas purification unit, which consists of wet aerosol traps with the simultaneous hydrochemical neutralization of harmful gas compounds contained in flue gases.

Пример практического использования изобретения.An example of the practical use of the invention.

Город с населением 500 тыс. человек имеет годовой выход ТБО 200 тыс. тонн со средней влажностью 40% и средней зольностью 16%. При режиме работы установки 360 рабочих дней в году, в три смены, фонд рабочего времени составит 8640 часов в году и, следовательно, часовая производительность установки высокотемпературного сжигания ТБО составит:A city with a population of 500 thousand people has an annual output of solid waste of 200 thousand tons with an average humidity of 40% and an average ash content of 16%. With a plant operating mode of 360 working days per year, in three shifts, the working time fund will be 8640 hours per year and, therefore, the hourly capacity of a high-temperature solid waste incinerator will be:

П=200000/8640=20,7 т/часP = 200000/8640 = 20.7 t / h

Фазовый состав сухих ТБО:The phase composition of dry solid waste:

Горючая масса 44%Combustible mass 44% 9,1 т9.1 t Неорганическая субстанция 16%Inorganic substance 16% 3,3 т3.3 t Физическая вода 40%Physical water 40% 8,3 т8.3 t

На предварительной стадии из ТБО удаляют металлический лом и крупные неорганические фрагменты, что суммарно обычно не превышает 7% от общей массы ТБО.At the preliminary stage, metal scrap and large inorganic fragments are removed from the MSW, which generally usually does not exceed 7% of the total mass of the MSW.

На сушку подают:For drying:

ТБО=20,7-(20,7×0,07)=19,2 тMSW = 20.7- (20.7 × 0.07) = 19.2 t

В результате сушки в сушильном барабане получают сухие ТБО 11,5 т, имеющие следующий примерный фазовый состав и температуру около 180°С.As a result of drying in a drying drum, dry MSW of 11.5 tons is obtained having the following approximate phase composition and a temperature of about 180 ° C.

- Горючая масса- combustible mass 9,1 т9.1 t 79,1%79.1% - Неорганическая субстанция- Inorganic substance 3,3 т3.3 t 15,6%15.6% - Физическая вода- Physical water 8,3 т8.3 t 5,3%5.3% 11,5 т11.5 t

Теплосодержание сухих ТБО на входе в высокотемпературную топку, если теплоемкость сухих ТБО - 0,3 ккал/кг⋅град.The heat content of dry solid waste at the entrance to the high-temperature furnace, if the heat capacity of dry solid waste is 0.3 kcal / kg⋅rad.

i=11500×180×0,3=621000 ккалi = 11500 × 180 × 0.3 = 621000 kcal

Элементный расчетный состав горючей массы ТБО:The elemental estimated composition of the combustible mass of solid waste:

углерод, Сcarbon, C 52,2%52.2% водород, Н2 hydrogen, H 2 5,0%5.0% кислород, O2 oxygen, O 2 33,2%33.2% азот, N2 nitrogen, N 2 1,5%1.5% сера, Ssulfur, S 0,5%0.5% хлор, Cl2 chlorine, Cl 2 0,2%0.2% зола пирогенетическаяpyrogenetic ash 7,4%7.4%

Теплотворная способность горючей массы Qн=4600 ккал/кг.The calorific value of the combustible mass Qн = 4600 kcal / kg.

Если в 11,5 т сухих ТБО содержится 9,1 т горючей массы, следовательно, теоретическое количество тепла при сгорании сухих ТБО выделится:If 11.5 tons of dry solid waste contains 9.1 tons of combustible mass, therefore, the theoretical amount of heat during the combustion of dry solid waste will be released:

Qн=9100×4600=41,86 ГкалQn = 9100 × 4600 = 41.86 Gcal

Рассчитаем потребность в дутьевом воздухе, необходимом для сжигания 11,5 т сухих ТБО.We calculate the need for blast air necessary for burning 11.5 tons of dry solid waste.

Содержание углерода в 11,5 т сухих ТБО:The carbon content of 11.5 tons of dry solid waste:

С=11,5×0,522=6,003 тC = 11.5 × 0.522 = 6.003 t

то же содержание водорода:same hydrogen content:

Н=11,5×0,05=0,575 тN = 11.5 × 0.05 = 0.575 t

то же содержание кислорода:same oxygen content:

O=11,5×0,332=3,181 тO = 11.5 × 0.332 = 3.181 t

то же содержание серы:same sulfur content:

S=11,5×0,605=0,0575 тS = 11.5 × 0.605 = 0.0575 t

Потребность кислорода для окисления углерода:Oxygen demand for carbon oxidation:

С+O2=CO2 C + O 2 = CO 2

6003 кг С+16008 кг O2=22011 кг CO2 6003 kg C + 16008 kg O 2 = 22011 kg CO 2

то же для сжигания водорода:the same for burning hydrogen:

2Н+0,5О2=H2O2H + 0.5O 2 = H 2 O

575 кг Н+4600 кг O2=5175 кг H2O 575 kg H + 4600 kg O 2 = 5175 kg H 2 O

то же для сжигания серы:the same for burning sulfur:

S2+2O2=2SO2 S 2 + 2O 2 = 2SO 2

57,5 кг S+57,5 кг O2=115 кг SO2 57.5 kg S + 57.5 kg O 2 = 115 kg SO 2

Теоретическое необходимое для сжигания ТБО количество кислорода:Theoretical amount of oxygen required for burning solid waste:

O2=16008+4600+57,5=20665,5 кг/чO 2 = 16008 + 4600 + 57.5 = 20665.5 kg / h

Вычитаем собственный кислород ТБО, равный 3818 кг, и найдем теоретически необходимое количество воздуха:Subtract the own oxygen of solid waste, equal to 3818 kg, and find the theoretically necessary amount of air:

В=(20665,5-3818)/0,233=72307 кг/чB = (20665.5-3818) / 0.233 = 72307 kg / h

Действительное количество воздуха определяется с учетом избытка окислителя, при слоевом сжигании этот коэффициент принимается α=1,4…1,6. Примем α=1,5, тогда расход воздуха на сжигание 11,5 т сухих ТБО будет равен:The actual amount of air is determined taking into account the excess of oxidizing agent, in case of layer-by-layer combustion this coefficient is taken α = 1.4 ... 1.6. We take α = 1.5, then the air consumption for burning 11.5 tons of dry solid waste will be equal to:

В=72307×1,5=108460 кг/ч (84000 нм3/ч)B = 72307 × 1.5 = 108460 kg / h (84000 nm 3 / h)

Если дутьевой воздух нагреть до 700°С, то он приобретет теплосодержание, равное (при С=0,271 ккал/кг град):If the blast air is heated to 700 ° C, then it will acquire a heat content equal to (at C = 0.271 kcal / kg deg):

i=108460×700×0,271=20,57 Гкалi = 108460 × 700 × 0.271 = 20.57 Gcal

Если 11,5 т сухих ТБО нагреть до 180°С, то их теплосодержание составит:If 11.5 tons of dry solid waste are heated to 180 ° C, then their heat content will be:

i=11500×180×0,3=0,621 Гкалi = 11500 × 180 × 0.3 = 0.621 Gcal

Определим температуру сгорания по формуле:We determine the combustion temperature by the formula:

tк=Q/mc, °С t k = Q / mc, ° С

гдеWhere

Q=41,86+20,57+0,621=63,051 Гкал (с учетом КПД сжигания 0,94, Q=59,3 Гкал);Q = 41.86 + 20.57 + 0.621 = 63.051 Gcal (taking into account the combustion efficiency of 0.94, Q = 59.3 Gcal);

m - масса продуктов сгорания, 11500 кг+108460 кг=119960 кг;m is the mass of combustion products, 11500 kg + 108460 kg = 119960 kg;

с - средняя теплоемкость продуктов сгорания, 0,35 ккал/кг⋅град;s - average heat capacity of the combustion products, 0.35 kcal / kg⋅ grad;

tк=59300000/(119960×0,35)=1410°Сt to = 59300000 / (119960 × 0.35) = 1410 ° С

Выполненные расчеты представлены в виде схемы материального и теплового балансов, которые представлены на фигуре 3.The performed calculations are presented in the form of a diagram of material and thermal balances, which are presented in figure 3.

Claims (1)

Установка экологически безопасного высокотемпературного сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) и прочих органических отходов, содержащая приемно-разгрузочное устройство, мусоросжигающий котел с топкой, топочную камеру, газоочистное устройство, отличающаяся тем, что между приемным узлом и топкой котла установлен сушильный барабан, осуществляющий подсушку ТБО до остаточной влажности не более 5% дымовыми газами от котла, сжигание ТБО в топке котла выполняется с использованием подогретого до 700°C воздуха, который нагревается в теплообменных трубах, проложенных в стенах топочной камеры, причем подогретый воздух подается в двух местах топочной камеры: под слой ТБО и над слоем ТБО, обеспечивая одновременно сгорание как твердых частиц ТБО, так и недожженных газообразных продуктов пиролиза над горящим слоем ТБО, расплавленный шлак гранулируется в водяной ванне.Installation of environmentally friendly high-temperature incineration of solid household waste (MSW) and other organic waste, containing a receiving and unloading device, an incinerator boiler with a furnace, a combustion chamber, a gas cleaning device, characterized in that a drying drum is installed between the receiving unit and the furnace of the boiler, which carries out drying of the MSW to a residual moisture content of not more than 5% by flue gases from the boiler, solid waste is burned in the boiler furnace using air heated to 700 ° C, which is heated in a heat exchange pipes laid in the walls of the combustion chamber, and heated air is supplied in two places of the combustion chamber: under the MSW layer and above the MSW layer, while simultaneously burning both solid MSW particles and unburnt gaseous pyrolysis products above the burning MSW layer, the molten slag is granulated into water bath.
RU2016102222A 2016-01-25 2016-01-25 Installation of environmentally safe high-temperature combustion of solid household and other organic wastes RU2637686C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016102222A RU2637686C2 (en) 2016-01-25 2016-01-25 Installation of environmentally safe high-temperature combustion of solid household and other organic wastes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016102222A RU2637686C2 (en) 2016-01-25 2016-01-25 Installation of environmentally safe high-temperature combustion of solid household and other organic wastes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016102222A RU2016102222A (en) 2017-07-28
RU2637686C2 true RU2637686C2 (en) 2017-12-06

Family

ID=59631966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016102222A RU2637686C2 (en) 2016-01-25 2016-01-25 Installation of environmentally safe high-temperature combustion of solid household and other organic wastes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2637686C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750172C1 (en) * 2020-08-20 2021-06-22 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Сибирский Федеральный Научный Центр Агробиотехнологий Российской Академии Наук (Сфнца) Method for thermal disinfection and disposal of infected organ-containing waste in solid, liquid and gaseous states

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5277133A (en) * 1991-10-28 1994-01-11 Chen Chin Lung Apparatus for treating garbage
RU2135895C1 (en) * 1998-09-30 1999-08-27 Акционерное общество "ВНИИЭТО" Domestic waste combustion plant
RU2135305C1 (en) * 1997-11-21 1999-08-27 Грудинин Владимир Павлович Method of treating solid household wastes
RU2265773C2 (en) * 2003-05-13 2005-12-10 ОАО "Механобр-техника" Method and device for burning solid waste
RU2303746C2 (en) * 2005-06-27 2007-07-27 Владимир Рафаилович Пурим Device for heat treatment of domestic waste

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5277133A (en) * 1991-10-28 1994-01-11 Chen Chin Lung Apparatus for treating garbage
RU2135305C1 (en) * 1997-11-21 1999-08-27 Грудинин Владимир Павлович Method of treating solid household wastes
RU2135895C1 (en) * 1998-09-30 1999-08-27 Акционерное общество "ВНИИЭТО" Domestic waste combustion plant
RU2265773C2 (en) * 2003-05-13 2005-12-10 ОАО "Механобр-техника" Method and device for burning solid waste
RU2303746C2 (en) * 2005-06-27 2007-07-27 Владимир Рафаилович Пурим Device for heat treatment of domestic waste

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750172C1 (en) * 2020-08-20 2021-06-22 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Сибирский Федеральный Научный Центр Агробиотехнологий Российской Академии Наук (Сфнца) Method for thermal disinfection and disposal of infected organ-containing waste in solid, liquid and gaseous states

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016102222A (en) 2017-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106871131B (en) For handling the device and method of industrial dangerous waste sodium sulfate salt slag and resource utilization
CN103256608B (en) sludge incineration method
TW201224383A (en) Material heat treatment separation and energy recovery system
CN102635865A (en) Sludge drying and incinerating integrated treatment system and process thereof
CN102012032A (en) Medical waste complete incineration device
CN205505017U (en) High concentration contains fluoride and chloride pharmaceutical factory residue integrated treatment recovery unit
JP5275309B2 (en) Waste treatment system
CN109899791A (en) Hazardous waste burn system based on flue gas recirculation
CN102336507A (en) Sludge treatment system and treatment method
CN102410543A (en) Incinerator special for organosilicon waste residue slurry
CN104913313A (en) Novel pyrolysis gasification melting environment-friendly furnace and method for processing wastes of novel pyrolysis gasification melting environment-friendly furnace
CN100504169C (en) A wet sludge incineration treatment method and incineration treatment device
CN106439857B (en) A kind of parallel connection kiln dangerous waste incineration technique
CN105864799A (en) Pyrolysis incineration waste heat recycling device
RU2637686C2 (en) Installation of environmentally safe high-temperature combustion of solid household and other organic wastes
CN204678349U (en) Novel pyrolytic gasification and melting environment-friendly stove
CN109985893A (en) Gasification of biomass fires the capacity reducing fixing the handles device and technique of incineration firing flying dust again
CN2702185Y (en) Sludge burning treating apparatus
CN204421018U (en) A kind of dangerous waste incineration and bootstrap system thereof
RU91409U1 (en) INSTALLATION FOR THERMAL PROCESSING OF SOLID DOMESTIC WASTE
CN102213490A (en) Heat carrier boiler for burning urban semidrying sludge
CN110762542A (en) System and method for sludge and hazardous waste co-disposal
CN110980845A (en) Combined device and process for treating salt-containing organic waste liquid
CN203869051U (en) Wet-type short-flue high-pressure air inducing incinerator
CN210505647U (en) Combined device for treating salt-containing organic waste liquid

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180126

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190513

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210126