RU2815308C1 - Method and device for thermochemical recycling of combustible wastes in vertical two-shaft furnace for burning carbonate materials - Google Patents
Method and device for thermochemical recycling of combustible wastes in vertical two-shaft furnace for burning carbonate materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815308C1 RU2815308C1 RU2023113630A RU2023113630A RU2815308C1 RU 2815308 C1 RU2815308 C1 RU 2815308C1 RU 2023113630 A RU2023113630 A RU 2023113630A RU 2023113630 A RU2023113630 A RU 2023113630A RU 2815308 C1 RU2815308 C1 RU 2815308C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- gas
- lime
- cao
- charge
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 67
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000010849 combustible waste Substances 0.000 title claims description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 132
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 97
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims abstract description 93
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims abstract description 93
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims abstract description 93
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims abstract description 61
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims abstract description 57
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 34
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 claims abstract description 21
- 239000006028 limestone Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims abstract description 13
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims abstract description 11
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 4
- -1 polyethylenes Polymers 0.000 claims abstract description 4
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 43
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 239000010819 recyclable waste Substances 0.000 claims description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 4
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 claims description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 claims 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 claims 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims 1
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 claims 1
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 22
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 15
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical class [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 abstract description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract 2
- 206010039509 Scab Diseases 0.000 abstract 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 abstract 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 abstract 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 abstract 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 abstract 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 41
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 21
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 20
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 14
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 8
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 8
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 6
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 5
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 5
- LSDPWZHWYPCBBB-UHFFFAOYSA-N Methanethiol Chemical class SC LSDPWZHWYPCBBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 4
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 4
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hcl hcl Chemical compound Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- YGYAWVDWMABLBF-UHFFFAOYSA-N Phosgene Chemical class ClC(Cl)=O YGYAWVDWMABLBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 3
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 description 3
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 3
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 3
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 3
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 2
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 2
- 235000013373 food additive Nutrition 0.000 description 2
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 2
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 2
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 2
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- WHRZCXAVMTUTDD-UHFFFAOYSA-N 1h-furo[2,3-d]pyrimidin-2-one Chemical compound N1C(=O)N=C2OC=CC2=C1 WHRZCXAVMTUTDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HGUFODBRKLSHSI-UHFFFAOYSA-N 2,3,7,8-tetrachloro-dibenzo-p-dioxin Chemical compound O1C2=CC(Cl)=C(Cl)C=C2OC2=C1C=C(Cl)C(Cl)=C2 HGUFODBRKLSHSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100014158 Caenorhabditis elegans rack-1 gene Proteins 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000006173 Larrea tridentata Nutrition 0.000 description 1
- 244000073231 Larrea tridentata Species 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- URBHJJGWUIXBFJ-UHFFFAOYSA-N [C].[Cl] Chemical class [C].[Cl] URBHJJGWUIXBFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011282 acid tar Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012237 artificial material Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000011956 best available technology Methods 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 235000010290 biphenyl Nutrition 0.000 description 1
- 150000004074 biphenyls Chemical class 0.000 description 1
- 239000010882 bottom ash Substances 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940043430 calcium compound Drugs 0.000 description 1
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001175 calcium sulphate Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000002575 chemical warfare agent Substances 0.000 description 1
- 239000003818 cinder Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009264 composting Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229960002126 creosote Drugs 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 150000004827 dibenzo-1,4-dioxins Chemical class 0.000 description 1
- 150000004826 dibenzofurans Chemical class 0.000 description 1
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 1
- 239000002816 fuel additive Substances 0.000 description 1
- 150000002366 halogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 239000003041 laboratory chemical Substances 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002906 medical waste Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000004045 organic chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011028 pyrite Substances 0.000 description 1
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009853 pyrometallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000003473 refuse derived fuel Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Заявляемые изобретения относятся к способу и устройству мусоросжигательных печей, специально предназначенных для утилизации специфических отходов или специфических низкосортных топлив. Изобретение может быть использовано для выпуска товарной извести и совместной термохимической утилизации горючих промышленных отходов, галогенсодержащих отходов и поливинилхлорид-пластиков, остатков после сортировки твердых коммунальных отходов, пластиков и полиэтиленов, канализационного кека, альтернативного топлива RDF, SRF, TDF, в частности, в вертикальной двухшахтной печи обжига карбонатных материалов. Изобретение может быть использовано в жилищно-коммунальной сфере, целлюлозно-бумажном и гидролизном производстве, черной и цветной металлургии, химической, нефтяной и строительной промышленности, утилизации медицинских отходов.The claimed inventions relate to a method and design of waste incinerators specifically designed for the disposal of specific waste or specific low-grade fuels. The invention can be used for the production of marketable lime and joint thermochemical recycling of flammable industrial waste, halogen-containing waste and polyvinyl chloride plastics, residues after sorting municipal solid waste, plastics and polyethylenes, sewer cake, alternative fuels RDF, SRF, TDF, in particular, in a vertical two-shaft furnace for roasting carbonate materials. The invention can be used in the housing and communal services sector, pulp and paper and hydrolysis production, ferrous and non-ferrous metallurgy, chemical, oil and construction industries, and medical waste disposal.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения В настоящее время широко распространена проблема экологичной утилизации горючих отходов гражданской и промышленной сферы, особенно которые содержат потенциально опасные элементы в виде соединений галогенов (фтор, хлор, бром, йод), серы, азота и тяжелых металлов (цинк, медь, ртуть, олово, свинец, кадмий и др.). Известны четыре основных технологии утилизации данных отходов: депонирование (захоронение), компостирование (биохимический процесс органического отхода), рециклинг (повторное использование) и термическая утилизация после сортировки. Термическая обработка имеет основное достоинство в том, что дезинфицирует и уменьшает объем отхода в 10-100 раз, но ввиду наличия в отходах искусственных материалов и соединений, при неконтролируемом сжигании в присутствии, например, хлора, образуются супертоксиканты в виде веществ, как полихлорированные дибензо-п-диоксины (ПХДД), дибензофураны (ПХД) и бифенилы (ПХБ), фосгены, представляющие особую опасность как для человека, так и для окружающей среды. Эти соединения пока не полностью, но достаточно изучены, и относительно недавно определены условия их образования [1], термической деструкции, нейтрализации и предотвращения обратной рекомбинации (восстановления) при охлаждении. Попадание галогенидов и других соединений поллютантов (загрязнителей) в массово сжигаемые отходы неизбежно, ввиду неудовлетворительной сортировки отходов и большого количества неопределяемого вида синтезированного пластика и материалов, поэтому возникновение диоксинов и фуранов в дымовых газах неизбежно.Background for the creation of the proposed invention Currently, the problem of environmentally friendly disposal of flammable waste from civil and industrial sectors is widespread, especially those containing potentially dangerous elements in the form of halogen compounds (fluorine, chlorine, bromine, iodine), sulfur, nitrogen and heavy metals (zinc, copper, mercury, tin, lead, cadmium, etc.). There are four main technologies for recycling this waste: deposition (burial), composting (biochemical process of organic waste), recycling (reuse) and thermal disposal after sorting. Heat treatment has the main advantage that it disinfects and reduces the volume of waste by 10-100 times, but due to the presence of artificial materials and compounds in waste, during uncontrolled combustion in the presence of, for example, chlorine, supertoxicants are formed in the form of substances such as polychlorinated dibenzo- p-dioxins (PCDD), dibenzofurans (PCBs) and biphenyls (PCBs), phosgenes, which pose a particular danger to both humans and the environment. These compounds have not yet been fully, but sufficiently studied, and the conditions for their formation [1], thermal destruction, neutralization, and prevention of reverse recombination (reduction) upon cooling have been determined relatively recently. The entry of halides and other compounds of pollutants (pollutants) into massively burned waste is inevitable, due to unsatisfactory sorting of waste and a large amount of undetectable types of synthesized plastics and materials, therefore the occurrence of dioxins and furans in flue gases is inevitable.
Обычно на мусоросжигающих заводах экологичное сжигание отсортированных твердых коммунальных отходов производится на колосниковых решетках по следующей схеме [2]: разгрузочная площадка мусоровозов, площадка для транспорта вывоза остатков, приемный бункер, мостовой кран с грейферным ковшом, приемная воронка котла с течкой, питатель, валковая колосниковая решетка, парогенератор, система шлакозолоудаления, бункер шлака и золы, кран для погрузки шлакозолоотходов, помещение баков охлаждающей воды и отстоя, электростатический фильтр, турбогенератор, дымовая труба, воздушный конденсатор. Данная технология не предназначена для применения отходов, превышающих нормы по содержанию галогенсодержащих элементов для производства альтернативного RDF топлива [3].Typically, in waste incineration plants, environmentally friendly combustion of sorted solid municipal waste is carried out on grates according to the following scheme [2]: unloading platform for garbage trucks, platform for transport of residues, receiving hopper, overhead crane with a grab bucket, receiving hopper of a boiler with a chute, feeder, roller grate grate, steam generator, slag and ash removal system, slag and ash bunker, crane for loading slag and ash waste, room for cooling water and sludge tanks, electrostatic filter, turbogenerator, chimney, air condenser. This technology is not intended for the use of waste that exceeds the standards for the content of halogen-containing elements for the production of alternative RDF fuel [3].
Уровень техникиState of the art
Известен способ сжигания хлорорганических отходов [Патент РФ №2119125, опубликован 20.09.1998 г.], способ сжигания хлорорганических отходов, включающий их термическое разложение, отличающийся тем, что хлорорганические отходы подают в фурменную зону доменной печи на смешение с дутьем в соотношении не более 3000 мг отходов на 1 м3 дутья.There is a known method of burning organochlorine waste [RF Patent No. 2119125, published on September 20, 1998], a method of burning organochlorine waste, including its thermal decomposition, characterized in that the organochlorine waste is fed into the tuyere zone of a blast furnace for mixing with blast in a ratio of no more than 3000 mg of waste per 1 m3 of blast.
Данный способ принят за аналог.This method is accepted as analogous.
Недостатком данного способа является нарушение технологии хода плавки доменной печи по нетехнологическому параметру - содержание хлористого водорода HCl в доменном газе. Во внутреннем пространстве доменной печи дискретно превышается предельная концентрация содержания хлора, и его излишки уходят с доменным газом в виде соединений хлора с углеродом. В верхнем слое шихты доменной печи в интервале температур +125°С…+150°С, окись углерода (СО) вступает в реакцию с газообразным хлором (Cl2), с образованием СО+Cl2=COCl2 - фосгена, боевого отравляющего вещества [4], и эвакуируется из верхней части с доменным газом. Подача ПВХ пластиков и RDF топлива в фурменную зону доменной печи неприемлема из-за образования зольных отложений и настылей во влете подающей фурмы. В RDF и SRF топливе зачастую имеются превышения по содержанию серы и фосфора, что снижает качество чугуна.The disadvantage of this method is the violation of the technology of the blast furnace melting process according to a non-technological parameter - the content of hydrogen chloride HCl in the blast furnace gas. In the internal space of the blast furnace, the maximum concentration of chlorine is discretely exceeded, and its excess leaves with the blast furnace gas in the form of chlorine-carbon compounds. In the upper layer of the blast furnace charge in the temperature range +125°С…+150°С, carbon monoxide (CO) reacts with gaseous chlorine (Cl2), with the formation of CO+Cl2=COCl2 - phosgene, a chemical warfare agent [4] , and is evacuated from the upper part with blast furnace gas. The supply of PVC plastics and RDF fuel to the tuyere zone of a blast furnace is unacceptable due to the formation of ash deposits and deposits at the entrance of the supply tuyere. RDF and SRF fuels often contain excess sulfur and phosphorus content, which reduces the quality of cast iron.
Известен способ утилизации хлороганических отходов в черной металлургии [Патент РФ №2502922, опубликовано 27.12.2013 г], способ утилизации хлорорганических отходов, включающий их подачу потоком дутья в зону горения печи шахтного типа и термическое разложение с последующим прохождением через шихтовые материалы, отличающийся тем, что в исходную шихту дополнительно вводят хлорсвязующие добавки в количестве 50-75 кг на 1 т выплавляемого чугуна при поддержании вязкости шлакового расплава 0,2-0,5 Н⋅с/м2, при этом в качестве хлорсвязующих добавок используют соединения кальция. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве хлорсвязующих добавок используют известняк.There is a known method for the disposal of organochlorine waste in ferrous metallurgy [RF Patent No. 2502922, published on December 27, 2013], a method for the disposal of organochlorine waste, which includes supplying it with a blast stream to the combustion zone of a shaft-type furnace and thermal decomposition with subsequent passage through the charge materials, characterized in that that chlorine-binding additives are additionally introduced into the initial charge in an amount of 50-75 kg per 1 ton of smelted cast iron while maintaining the viscosity of the slag melt of 0.2-0.5 N⋅s/m2, while calcium compounds are used as chlorine-binding additives. 2. The method according to
Данный способ принят за аналог.This method is accepted as analogous.
Недостатком данного способа является нарушение технологии хода и плавки доменной печи по нескольким нетехнологическим параметрам -содержание хлористого водорода HCl в доменном газе и значение вязкости шлакового расплава. Данный способ не может применяться повсеместно ввиду сложности и эксклюзивности доменного производства. Также, на основании проведенной работы [4], считается, что в доменных печах нельзя утилизировать галогенсодержащие материалы (в том числе пластики ПВХ), так как при этом происходит накопление галогенов в объеме шахты доменной печи, и при превышении их определенных концентраций, галогены удаляются из доменной печи вместе с доменным газом в виде хлорорганических соединений. Эти же обстоятельства требуют тщательного химического анализа, используемого в качестве топливных добавок в доменных печах топлива RDF, в том числе изготовленного из твердых коммунальных отходов, что может сказаться на качестве товарного чугуна. (См. интернет: https://metal2020.sfu.lipetsk.ru/files/Sbornik-SMNT2020.pdf).The disadvantage of this method is the violation of the technology of running and melting a blast furnace according to several non-technological parameters - the content of hydrogen chloride HCl in the blast furnace gas and the viscosity value of the slag melt. This method cannot be used everywhere due to the complexity and exclusivity of blast furnace production. Also, based on the work carried out [4], it is believed that halogen-containing materials (including PVC plastics) cannot be disposed of in blast furnaces, since this leads to the accumulation of halogens in the volume of the blast furnace shaft, and if their certain concentrations are exceeded, the halogens are removed from a blast furnace together with blast furnace gas in the form of organochlorine compounds. The same circumstances require careful chemical analysis of RDF fuel used as fuel additives in blast furnaces, including those made from municipal solid waste, which can affect the quality of commercial pig iron. (See Internet: https://metal2020.sfu.lipetsk.ru/files/Sbornik-SMNT2020.pdf).
Известен способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов [Патент РФ №2383822, опубликовано 10.03.2010 г], способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающий их подготовку и загрузку в шахтную печь совместно с карбонатным материалом, подачу впечь топлива и воздуха на горение, удаление дымовых газов и вывод готового продукта из нижней части печи, отличающийся тем, что в качестве шахтной печи используют двухшахтную печь для обжига известняка, причем в одну шахту, работающую в режиме прямотока, загружают подготовленные отходы совместно с карбонатным материалом и в верхнюю ее часть подают топливо и воздух на горение, в другую шахту, работающую в режиме противотока, загружают карбонатный материал для получения извести и в нижнюю ее часть подают топливо и воздух на горение, а дымовые газы из первой шахты по дымовому каналу просасывают во вторую шахту и с помощью дымососа удаляют из верхней части второй шахты.There is a known method for processing solid household and industrial waste [RF Patent No. 2383822, published on March 10, 2010], a method for processing solid household and industrial waste, including their preparation and loading into a shaft furnace together with carbonate material, supplying the furnace with fuel and air for combustion, removal of flue gases and removal of the finished product from the lower part of the furnace, characterized in that a two-shaft kiln for calcining limestone is used as a shaft furnace, and prepared waste is loaded into one shaft, operating in direct flow mode, together with carbonate material and fed into its upper part fuel and air for combustion, carbonate material is loaded into another shaft, operating in counterflow mode, to produce lime, and fuel and combustion air are supplied to its lower part, and flue gases from the first shaft are sucked through the smoke channel into the second shaft and using a smoke exhauster removed from the top of the second shaft.
Данный способ принят за прототип.This method is adopted as a prototype.
Недостатком данного способа является применение горения и подачи дымовых газов на очистку просасыванием на обжигаемой извести, что является не совсем экологичным и экономичным. Ведь применение технологии газификации [5] отходов в среде ограниченной подачи окислителя с получением генераторного синтез-газа, состоящего в основном из Н2 и СО, более экономично из-за того, что полученный генераторный синтез-газ из утилизируемых отходов, можно подавать на частичное замещение основного топлива для обжига товарной извести. Высокотемпературная газификация при температуре +1300°С исключает образование смол в продуктах газификации и способствует газификации летучих металлов из зольного остатка процесса горения. Данным способом не предусмотрена эвакуация продуктов газификации отходов, которые выходят из печи в момент открытия верхних загрузочных устройств при загрузке материалов в шахты печи, что может приводить к попаданию газифицированных соединений диоксинов и фуранов в атмосферу, а также не предусмотрен отвод этих продуктов газификации обратно в печь, в требуемое место с предварительным турбулентным перемешиванием [10] с воздухом дутья из зоны охлаждения, для вторичной термической деструкции с избытком кислорода, нейтрализации и очистки на слое обжигаемой извести. Отсутствует аспирация газов из расходных бункеров отходов, которые содержат метилмеркаптаны и сернистые газы, и их необходимо очищать и нейтрализовывать термическим способом в этой же печи. Горелочные устройства второй шахты обжига карбонатных пород размещены ниже переходного канала-газохода соединяющего обе шахты, что может спровоцировать пристеночный эффект, и дымовые газы пройдут из переходного канала вверх вдоль стенки обжиговой шахты печи, минуя слой раскаленной извести и зону повышенной температуры обжига, в том числе ввиду отсутствия турбулентного перемешивания дымовых газов с дутьевым воздухом из зоны охлаждения.The disadvantage of this method is the use of combustion and supply of flue gases for cleaning by suction on burnt lime, which is not entirely environmentally friendly and economical. After all, the use of gasification technology [5] of waste in an environment of limited supply of oxidizer to produce generator synthesis gas, consisting mainly of H2 and CO, is more economical due to the fact that the resulting generator synthesis gas from recycled waste can be supplied for partial replacement the main fuel for burning commercial lime. High-temperature gasification at a temperature of +1300°C eliminates the formation of tars in gasification products and promotes the gasification of volatile metals from the ash residue of the combustion process. This method does not provide for the evacuation of waste gasification products that exit the furnace when the upper loading devices are opened when loading materials into the furnace shafts, which can lead to the release of gasified compounds of dioxins and furans into the atmosphere, and it also does not provide for the removal of these gasification products back into the furnace , to the required location with preliminary turbulent mixing [10] with blast air from the cooling zone, for secondary thermal destruction with excess oxygen, neutralization and purification on a layer of calcined lime. There is no aspiration of gases from waste bins that contain methyl mercaptans and sulfur dioxide gases, and they must be cleaned and neutralized thermally in the same furnace. The burner devices of the second shaft for roasting carbonate rocks are located below the transition channel-gas duct connecting both shafts, which can provoke a wall effect, and the flue gases will pass from the transition channel upward along the wall of the roasting shaft of the furnace, bypassing the layer of hot lime and the zone of elevated firing temperature, including due to the absence of turbulent mixing of flue gases with blast air from the cooling zone.
Известно устройство прямоточно-противоточная печь для обжига карбонатных пород [авторское свидетельство СССР №1663353 F27B 1/02, опубликованное 15.07.1991 г. Бюл. №26], печь по конструкции и достигаемому результату принята в качестве аналога, относится к устройствам для обжига карбонатных пород (известняка, доломита и магнезита), в частности для производства высококачественной металлургической извести, и может быть использовано в металлургической, химической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение производительности печи и качества продукта. Для этого шахты 1 и 2 разделены на зоны подогрева 4 с регенерацией тепла, обжига 5 и охлаждения 6. На границе зон обжига 5 и охлаждения 6 шахты соединены соединительным каналом 7. Сечение шахт в периферийной части выполнено сегментообразной формы, а основание сегмента направлено в сторону соединительного канала 7. Периферийная часть сегмента шахт может быть выполнена в форме полукруга, а внутренняя часть в виде прямоугольника. При этом имеет место улучшение теплораспределения по сечению шахт за счет ликвидации застойных зон, а также увеличивается равномерность распределения потока печных газов.A known device is a direct-counterflow furnace for firing carbonate rocks [USSR author's certificate No. 1663353 F27B 1/02, published on July 15, 1991, Bull. No. 26], the furnace in design and achieved result is accepted as an analogue, it belongs to devices for firing carbonate rocks (limestone, dolomite and magnesite), in particular for the production of high-quality metallurgical lime, and can be used in metallurgical, chemical, construction, food and other industries. The purpose of the invention is to increase the productivity of the furnace and the quality of the product. For this purpose,
Данное устройство принято за аналог.This device is accepted as analog.
Недостатком данного аналога является функциональное назначение печи, она не предназначена для работы с отходами. Конструктивно печь работает в режиме с регенерацией тепла по прямоточно-противоточной схеме, а такие режимы дутья не подходят для газификации отходов и вторичному их дожиганию на извести. Горелочные устройства размещены только в верхней части обеих шахт, чтобы обеспечивать обжиг сырья в прямоточном режиме работы. Шахта, работающая в режиме шахты-газогенератора, отсутствует. Отсутствуют устройства дожигания продуктов газификации от верхних загрузочных устройств. Эвакуация отработанных горючих газов дымососом происходит из верхних частей двух шахт обжига, чем не обеспечивается гарантированное время контакта газов в зоне обжига.The disadvantage of this analogue is the functional purpose of the oven; it is not intended for working with waste. Structurally, the furnace operates in a heat recovery mode using a direct-counterflow scheme, and such blast modes are not suitable for waste gasification and secondary combustion with lime. Burner devices are located only in the upper part of both shafts to ensure firing of raw materials in direct-flow operating mode. There is no mine operating as a gas generator mine. There are no devices for afterburning gasification products from upper loading devices. The evacuation of exhaust flammable gases by a smoke exhauster occurs from the upper parts of two firing shafts, which does not ensure a guaranteed contact time of gases in the firing zone.
Известно устройство циклонная печь для обжига мелкодисперсных материалов [Патент РФ №2791072, опубликовано 02.03.2023 г], где циклонная печь для термической обработки мелкоизмельченного материала в виде известняка, доломита, гипса, магнезита, пиритных огарков, шлака, содержащая корпус с верхним загрузочным устройством, тангенциально расположенными горелочными устройствами, центральной газоотводящей трубой и нижним разгрузочным устройством, отличающаяся тем, что горелочные устройства распределены по высоте и окружности печи, при этом печь выполнена с возможностью ввода материала в печь дозированно, через горел очный тоннель верхнего горелочного устройства. 3. Циклонная печь по п. 1, отличающаяся тем, что печь выполнена с возможностью совместной подачи в горелочный тоннель верхнего горелочного устройства мелкоизмельченного материала и добавки газовой фазы процесса пиролиза или газификации альтернативного топлива - RDF, SRF, TDF или горючих отходов.A known device is a cyclone furnace for firing fine materials [RF Patent No. 2791072, published 03/02/2023], where a cyclone furnace for heat treatment of finely ground material in the form of limestone, dolomite, gypsum, magnesite, pyrite cinders, slag, containing a housing with an upper loading device , tangentially located burner devices, a central gas exhaust pipe and a lower unloading device, characterized in that the burner devices are distributed along the height and circumference of the furnace, while the furnace is configured to introduce material into the furnace in doses, through the burner tunnel of the upper burner device. 3. The cyclone furnace according to
Данное устройство принято за аналог.This device is accepted as analog.
Недостатком данного аналога является работа только с мелкоизмельченным материалом флюсового известняка пылевидной фракции 0…0,4 мм, или до 15 мм других материалов, а кусковой щебень карьерных карбонатных материалов в диапазоне фракций 20…120 мм к данному аналогу не применим. Это существенно снижает производительность для массовой утилизации отходов. Также, исходя из отчета о проведенных исследовательских работах [6], исходное альтернативное RDF и SRF топливо имело зольный остаток [7, рис. 2] при подаче непосредственно в циклонную печь вместе с обжигаемым материалом, смесь золы и извести имела разброс в значениях из-за неоднородности входящего альтернативного топлива и наличия силикатных включений [8], а при газификации в выносной топке альтернативного RDF и SRF топлива с подачей продуктов газификации в циклон остается зольный остаток [7, рис. 3], который из-за отсутствия извести СаО, в качестве адсорбера и нейтрализатора в рецептуре шихты, имеет повышенный класс опасности и высокое содержание поллютантов, искусственно синтезированных термическим процессом.The disadvantage of this analogue is that it works only with finely ground fluxing limestone material of a pulverized fraction of 0...0.4 mm, or up to 15 mm of other materials, and lump crushed stone of quarry carbonate materials in the fraction range of 20...120 mm is not applicable to this analogue. This significantly reduces productivity for mass waste disposal. Also, based on the report on the research work [6], the original alternative RDF and SRF fuel had an ash residue [7, Fig. 2] when fed directly into the cyclone furnace along with the fired material, the mixture of ash and lime had a scatter in values due to the heterogeneity of the incoming alternative fuel and the presence of silicate inclusions [8], and when gasification in an external furnace of alternative RDF and SRF fuel with the supply of products gasification into the cyclone, an ash residue remains [7, Fig. 3], which, due to the absence of lime CaO, as an adsorber and neutralizer in the mixture formulation, has an increased hazard class and a high content of pollutants artificially synthesized by the thermal process.
Известно устройство для переработки горючих твердых отходов состоящее из двух соединенных пиролизных реакторов [Патент РФ №2316696, опубликовано 10.02.2008 г]. Установка для переработки твердых горючих отходов, имеющая в своем составе высокотемпературный реактор, соединенный с реактором пиролиза, имеющим камеру обогрева, отличающаяся тем, что реактор пиролиза выполнен вертикально ориентированным и имеет две соосно расположенные камеры пиролиза, снабженные перемешивающими устройствами, первая камера пиролиза имеет наружный и внутренний коаксиально расположенные корпуса со щелевым кольцевым каналом между ними, являющимся камерой обогрева, которая соединена с высокотемпературным реактором, выход щелевого кольцевого канала расположен внутри второй камеры пиролиза, первая камера пиролиза в донной части имеет бункер со шлюзовой камерой для сбора и вывода коксозольного остатка, в верхней части первой камеры пиролиза имеется патрубок для подачи сырья и патрубок для выхода продуктов пиролиза, снабженный запорным клапаном, в приосевой зоне первой камеры пиролиза расположена, по меньшей мере, одна продольно ориентированная труба, вход которой расположен в донной части камеры обогрева, а выход трубы, снабженный мелкодисперсным распылителем, расположен в донной части второй камеры пиролиза, при этом в верхней части второй камеры пиролиза расположен патрубок для подачи сортированного сырья и патрубок для выхода продуктов пиролиза, а в донной части второй камеры пиролиза имеется бункер для вывода коксозольного остатка.A device for processing flammable solid waste consisting of two connected pyrolysis reactors is known [RF Patent No. 2316696, published 02/10/2008]. An installation for processing solid combustible waste, comprising a high-temperature reactor connected to a pyrolysis reactor having a heating chamber, characterized in that the pyrolysis reactor is vertically oriented and has two coaxially located pyrolysis chambers equipped with mixing devices, the first pyrolysis chamber has an external and internal coaxially located housings with a slotted annular channel between them, which is a heating chamber, which is connected to a high-temperature reactor, the outlet of the slotted annular channel is located inside the second pyrolysis chamber, the first pyrolysis chamber in the bottom part has a hopper with a lock chamber for collecting and removing coke ash residue, in In the upper part of the first pyrolysis chamber there is a pipe for supplying raw materials and a pipe for the outlet of pyrolysis products, equipped with a shut-off valve; in the axial zone of the first pyrolysis chamber there is at least one longitudinally oriented pipe, the inlet of which is located in the bottom part of the heating chamber, and the outlet of the pipe , equipped with a fine spray, is located in the bottom part of the second pyrolysis chamber, while in the upper part of the second pyrolysis chamber there is a pipe for supplying sorted raw materials and a pipe for exiting pyrolysis products, and in the bottom part of the second pyrolysis chamber there is a hopper for removing coke ash residue.
Данное устройство принято за аналог.This device is accepted as analog.
Недостатком данного аналога является наличие в высокотемпературной зоне реакторов пиролиза подвижных перемешивающих устройств камер пиролиза, что снижает надежность конструкции. Косвенный нагрев камер пиролиза, даже при перемешивании, имеет зоны, где за счет ококсования снижается теплопередача и образуются синтезируемые поллютанты. Из-за этого коксозольный остаток имеет частицы не подвергшиеся полной термической деструкции, особенно при непрерывной работе во второй камере из-за сниженной температуры. Температура в первой камере составляет +400°С…+500°С, а во второй камере +390°С…+430°С, что способствует максимальному образованию диоксинов и фуранов в данном диапазоне температур [1], которые адсорбируются на поверхность коксозольного остатка и на товарный технический углерод, и в том числе на получаемое товарное жидкое топливо с повышенным содержанием серных включений, так как нейтрализация галогенидов и десульфурация в данном устройстве не предусмотрены. На данном устройстве имеется разделение парогазовой смеси, что создает экологическую нагрузку из-за образования побочного отхода в виде пиролизной воды, содержащей фенолы и органические кислоты. Данное устройство не имеет высокой производительности по утилизации отходов.The disadvantage of this analogue is the presence of movable mixing devices of pyrolysis chambers in the high-temperature zone of the pyrolysis reactors, which reduces the reliability of the design. Indirect heating of pyrolysis chambers, even with stirring, has zones where, due to coking, heat transfer is reduced and synthesized pollutants are formed. Because of this, the coke ash residue has particles that have not undergone complete thermal destruction, especially during continuous operation in the second chamber due to the reduced temperature. The temperature in the first chamber is +400°С…+500°С, and in the second chamber +390°С…+430°С, which contributes to the maximum formation of dioxins and furans in this temperature range [1], which are adsorbed on the surface of the coke ash residue and for commercial carbon black, and including for the resulting commercial liquid fuel with a high content of sulfur inclusions, since neutralization of halides and desulfurization are not provided for in this device. This device has a separation of the vapor-gas mixture, which creates an environmental burden due to the formation of by-products in the form of pyrolysis water containing phenols and organic acids. This device does not have high waste disposal capacity.
Известно устройство прямоточно-противоточная печь для обжига карбонатных материалов [Патент РФ №2729679, опубликовано 11.08.2020 г.]. Прямоточно-противоточная печь для обжига карбонатных материалов, содержащая две шахты с зонами подогрева с регенерацией тепла, обжига и охлаждения готового продукта, соединенные переходным каналом, размещенным на границе зон обжига и охлаждения с сечением шахт на уровне свода переходного канала в виде полукруга в периферийной их части и внутренней частью в виде прямоугольника, направленного в сторону переходного канала, отличающаяся тем, что шахты в верху до нижней части зоны обжига выполнены внутри с круглым сечением, а в нижней части зоны обжига с плавным переходом с круглого сечения в сечение на уровне свода переходного канала, причем угол наклона стенок внутри нижней части зоны обжига составляет 75-90 градусов к горизонту, а на уровне переходного канала ширина внутренней части сечения равна радиусу полукруглого сечения периферийной части.A device is known for a direct-counterflow furnace for firing carbonate materials [RF Patent No. 2729679, published 08/11/2020]. A direct-counterflow furnace for firing carbonate materials, containing two shafts with heating zones with heat regeneration, firing and cooling of the finished product, connected by a transition channel located at the border of the firing and cooling zones with a cross-section of the shafts at the level of the roof of the transition channel in the form of a semicircle in their peripheral part and the inner part in the form of a rectangle directed towards the transition channel, characterized in that the shafts from the top to the bottom of the firing zone are made internally with a circular cross-section, and in the lower part of the firing zone with a smooth transition from a round cross-section to a section at the level of the transition arch channel, and the angle of inclination of the walls inside the lower part of the firing zone is 75-90 degrees to the horizon, and at the level of the transition channel the width of the internal part of the section is equal to the radius of the semicircular section of the peripheral part.
Данное устройство принято за прототип.This device is accepted as a prototype.
Недостатком данного прототипа является функциональное назначение печи, она не предназначена для работы с отходами. Конструктивно печь работает в режиме прямоточно-противоточной регенеративной печи CCR, а такие режимы дутья не подходят для газификации отходов и вторичному их дожиганию в слое раскаленной извести. При смене направления дутья, загружаемые и горящие отходы, а также продукты горения будут эвакуированы дутьем из печи в атмосферу и газоочистку, что создаст аварийный режим. Горелочные устройства размещены только в верхней части обеих шахт, чтобы обеспечить основной обжиг материала в прямоточном режиме работы. Шахта, работающая в режиме шахты-газогенератора, отсутствует. Выпускное отверстие отходящих газов имеется в верхней части в каждой из двух шахт, что не обеспечивает гарантированного времени контакта газов в высокотемпературной зоне обжига. Отсутствует подготовка исходных материалов в виде отходов, добавок и карбонатных материалов, шихтоподача. Отсутствует бункерная эстакада с расходными бункерами и дозаторами материалов для формирования рецептуры шихты, а также обеспечения подвижности и газопроницаемости шихты в шахте-газогенераторе. Загрузочные устройства не обеспечивают герметичность и удаление печных продуктов газификации в момент открытия загрузочного шлюза, чем провоцируется выброс ядовитых газов в атмосферу. Нет сбора и повторного дожигания в печи газов из верхнего загрузочного устройства и колошниковых продуктов газификации, исходящих из шлюзовой камеры. Нет устройства турбулентного перемешивания вводимых газов на вторичное дожигание в противотоке раскаленной извести. Газоочистка не рассчитана на работу с золоуносом и кислыми газами HCl, HF.The disadvantage of this prototype is the functional purpose of the furnace; it is not designed to work with waste. Structurally, the furnace operates in the mode of a direct-counterflow regenerative CCR furnace, and such blast modes are not suitable for gasification of waste and its secondary combustion in a layer of hot lime. When the direction of the blast changes, the loaded and burning waste, as well as combustion products, will be evacuated by the blast from the furnace into the atmosphere and gas purification, which will create an emergency mode. Burner devices are located only in the upper part of both shafts to ensure the main firing of the material in direct-flow operating mode. There is no mine operating as a gas generator mine. The exhaust gas outlet is located in the upper part of each of the two shafts, which does not provide a guaranteed contact time of the gases in the high-temperature firing zone. There is no preparation of source materials in the form of waste, additives and carbonate materials, or charge supply. There is no bunker rack with supply bins and material dispensers for forming the mixture recipe, as well as ensuring the mobility and gas permeability of the mixture in the gas generator shaft. Loading devices do not ensure tightness and removal of furnace gasification products at the moment the loading gate is opened, which provokes the release of toxic gases into the atmosphere. There is no collection and re-burning in the furnace of gases from the top loading device and top gasification products emanating from the airlock chamber. There is no device for turbulent mixing of the injected gases for secondary combustion in the countercurrent of hot lime. Gas cleaning is not designed to work with ash and acid gases HCl, HF.
К основным недостаткам вышеперечисленных способов обезвреживания отходов и устройств для их осуществления можно отнести их недостаточную эффективность в части безопасной термической утилизации и очистки газов, в частности, не способности обеспечить исключение обратной рекомбинации диоксинов и фуранов, а также исключения возникновения фосгенов.The main disadvantages of the above methods of waste neutralization and devices for their implementation include their insufficient efficiency in terms of safe thermal utilization and purification of gases, in particular, the inability to ensure the elimination of reverse recombination of dioxins and furans, as well as the elimination of the occurrence of phosgenes.
Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention
Целями предлагаемой группы изобретений являются снижение вероятности рекомбинации диоксинов и фуранов в охлаждаемых отходящих дымовых газах при термической утилизации хлорсодержащих и галогенсодержащих горючих отходов. Создание экологически чистого, экономичного и высокопроизводительного промышленного способа термохимической утилизации отходов с содержанием галогенидов, серы и тяжелых металлов, и в создании установки промышленного типа с высокой производительности, которая своим конструктивом и режимами работы реализует требуемый способ без обратной рекомбинации диоксинов и фуранов, с обеспечением соответствия дымовых газов международным нормам выбросов [9].The objectives of the proposed group of inventions are to reduce the likelihood of recombination of dioxins and furans in cooled flue gases during thermal disposal of chlorine-containing and halogen-containing combustible waste. Creation of an environmentally friendly, economical and high-performance industrial method for the thermochemical disposal of waste containing halides, sulfur and heavy metals, and in the creation of an industrial-type installation with high productivity, which, with its design and operating modes, implements the required method without reverse recombination of dioxins and furans, ensuring compliance flue gases to international emission standards [9].
Технический результат заключается в улучшении экологической ситуации, очистке дымовых газов и исключении рекомбинации диоксинов и фуранов, в высокопроизводительном способе утилизации галогенсодержащих отходов, в простоте конструкции двухшахтной печи без наличия подвижных частей в высокотемпературной зоне, в утилизации отходов за счет выпуска товарной извести, которая является непрерывным сменным фильтрующим адсорбентом, частичном замещении основного топлива генераторным синтез-газом получаемым из отходов при обжиге товарной извести, возможности применения газообразного или жидкого топлива, либо твердого топлива верхним пересыпным способом.The technical result consists in improving the environmental situation, cleaning flue gases and eliminating the recombination of dioxins and furans, in a high-performance method for recycling halogen-containing waste, in the simplicity of the design of a two-shaft furnace without the presence of moving parts in a high-temperature zone, in waste disposal due to the production of commercial lime, which is continuous replaceable filter adsorbent, partial replacement of the main fuel with generator synthesis gas obtained from waste during the burning of commercial lime, the possibility of using gaseous or liquid fuel, or solid fuel using the top pouring method.
Указанные цели достигаются формированием требуемого состава шихты подаваемых отходов, в зависимости от морфологического состава, и обеспечением требуемого хода процесса, обеспечением термохимического и временного режима деструкции диоксинов [10], применением в составе шихты материала, который выступит в качестве адсорбирующего агента для нейтрализации поллютантов на своей поверхности, чем обеспечится исключение рекомбинации диоксинов и фуранов, дальнейшее использование отработанного адсорбирующего агента в качестве товарного продукта.These goals are achieved by forming the required composition of the charge of the supplied waste, depending on the morphological composition, and ensuring the required course of the process, ensuring the thermochemical and temporary regime of dioxin destruction [10], using a material in the charge that will act as an adsorbing agent to neutralize pollutants in its area. surface, which will ensure the elimination of the recombination of dioxins and furans and the further use of the spent adsorbing agent as a commercial product.
В основу изобретения положены следующие идеи. Совмещение процесса термической утилизации отходов и химической нейтрализации поллютантов с основным процессом обжига извести в вертикальной двухшахтной обжиговой печи, для получения требуемых условий высокотемпературных режимов деструкции диоксинов и фуранов, наличия сменного, непрерывно подающегося адсорбирующего агента и промышленного устройства близкого к требуемому конструктиву.The invention is based on the following ideas. Combining the process of thermal waste disposal and chemical neutralization of pollutants with the main process of lime burning in a vertical two-shaft kiln to obtain the required conditions for high-temperature conditions for the destruction of dioxins and furans, the presence of a replaceable, continuously supplied adsorbing agent and an industrial device close to the required design.
Выбор адсорбирующего агента. В качестве непрерывного, сменного товарного адсорбирующего агента, выбран карбонатный материал, предпочтительнее известняк СаСО3, который после высокотемпературного обжига представляет собою известь СаО, реакция разложения которого происходит при нагреве по схеме СаСО3→СаО+CO2 -Q. Обжиг известняка в известь происходит в диапазоне температур +800°С…+1000°С с получением извести с высокой реакционной способностью, так называемой мягкообожженой извести [Патент РФ №2712461, опубликовано 29.01.2020 г.]. Получение другого типа извести, сильного обжига спекания, происходит при температурах, например, около +1700°С. Процесс обжига происходит в печах вращающегося типа и в вертикальных одношахтных или двухшахтных печах. Данного диапазона рабочих температур достаточно для выполнения требований полной термической деструкции диоксинов и фуранов, которые лежат в диапазоне +1200°С и выше, с временем пребывания 2 секунды при условии избытка кислорода [1]. Адсорбирующий агент известь СаО связывает и нейтрализует на своей поверхности основные поллютанты из дымовых газов, самые токсичные из них - это соединения серы и элементы галогеновой группы, которые в области высоких температур и в присутствии газов связываются известью по следующим реакциям:Selection of adsorbing agent. As a continuous, replaceable commercial adsorbing agent, a carbonate material was selected, preferably limestone CaCO3, which after high-temperature firing is lime CaO, the decomposition reaction of which occurs when heated according to the scheme CaCO3 → CaO + CO2 -Q. Calcination of limestone into lime occurs in the temperature range +800°C...+1000°C to produce lime with high reactivity, the so-called soft-burnt lime [RF Patent No. 2712461, published 01/29/2020]. The production of another type of lime, high sintering, occurs at temperatures of, for example, about +1700°C. The firing process takes place in rotary kilns and in vertical single-shaft or double-shaft kilns. This range of operating temperatures is sufficient to meet the requirements for complete thermal destruction of dioxins and furans, which lie in the range of +1200°C and above, with a residence time of 2 seconds, subject to excess oxygen [1]. The adsorbing agent lime CaO binds and neutralizes on its surface the main pollutants from flue gases, the most toxic of which are sulfur compounds and elements of the halogen group, which at high temperatures and in the presence of gases are bound by lime according to the following reactions:
SO2+CaO+1/2O2→CaSO4+Q1 в результате получаемое твердое нейтральное соединение CaSO4 гипс, сульфат кальция (пищевая добавка Е516);SO2+CaO+1/2O2→CaSO4+Q1 resulting in the resulting solid neutral compound CaSO4 gypsum, calcium sulfate (food additive E516);
2HCl+CaO→CaCl2+H2O+Q2 в результате получаемое твердое нейтральной соединение CaCl2 хлорид кальция, эмульгатор (пищевая добавка Е509);2HCl+CaO→CaCl2+H2O+Q2 resulting in the resulting solid neutral compound CaCl2 calcium chloride, emulsifier (food additive E509);
2HF+CaO→CaF2+H2O+Q3 в результате получаемое твердое нейтральное безопасное соединение CaF2, являющееся компонентом металлургических флюсов.2HF+CaO→CaF2+H2O+Q3 resulting in a solid neutral safe compound CaF2, which is a component of metallurgical fluxes.
Таким образом на поверхности раскаленной кусковой извести достигается нейтрализация и связывание токсичных и коррозионно активных кислотных компонентов, чем исключается их обратная рекомбинация при охлаждении, например в виде диоксинов и фуранов. Отсутствие контура резкого охлаждения (закалки) дымовых газов до +200°С существенно снижает энергозатраты предлагаемого способа. Мелкодисперсные фракции СаО, прореагировавшие с поллютантами, улавливаются типовыми пылеосадительными фильтрами. Также, совместно с известью СаО и в присутствии других элементов тяжелые металлы Pb, Zn, Cd, Hg, переходят в твердые нерастворимые соединения.In this way, on the surface of hot lump lime, neutralization and binding of toxic and corrosive acidic components is achieved, thereby preventing their reverse recombination during cooling, for example in the form of dioxins and furans. The absence of a circuit for sharp cooling (quenching) of flue gases to +200°C significantly reduces the energy consumption of the proposed method. Fine fractions of CaO that have reacted with pollutants are captured by standard dust sedimentation filters. Also, together with lime CaO and in the presence of other elements, heavy metals Pb, Zn, Cd, Hg transform into solid insoluble compounds.
Использование газификации отходов с температурой не ниже +1300°С, так как при данной температуре жидкая фракция в виде смол уже не образуется, а происходит полная газификация отходов с минимальным твердым остатком, и этот процесс организован в шахтной печи, чем решается задача образования настылей и закоксовывания газоходов.The use of gasification of waste with a temperature not lower than +1300°C, since at this temperature the liquid fraction in the form of resins is no longer formed, but complete gasification of the waste occurs with a minimum solid residue, and this process is organized in a shaft furnace, which solves the problem of formation of deposits and coking of gas ducts.
Формирование рецептуры шихты. В шахту-газогенератор загружается шихта, включающая в себя смесь из утилизируемых отходов согласно выбранной рецептуры, содержащая: остатки горючих отходов после сортировки твердых коммунальных отходов («хвосты» сортировки), альтернативное топливо из твердых коммунальных отходов в виде RDF (Refuse-derived fuel переводится с английского как «топливо, полученное из отходов»), SRF (Solid Recovered Fuel переводится с английского как «твердое восстановленное топливо»), TDF (Tire-Derived Fuel переводится с английского как «топливо полученное из автомобильных шин»), полимеры и пластики с содержанием галогенидов. Учтен ввод в состав шихты жидких фракций (кислый гудрон, краски, растворитель и пр.) и пастообразных фракций (обезвоженный канализационный кек и ил, черный щелок целлюлозного производства, лигнины и пр.), которые перемешиваясь с карбонатным материалом образуют шихту и подаются в печь.Formation of the batch recipe. A charge is loaded into the gas generator shaft, including a mixture of recyclable waste according to the selected recipe, containing: the remains of combustible waste after sorting solid municipal waste (“sorting tails”), alternative fuel from solid municipal waste in the form of RDF (Refuse-derived fuel is translated from English as “fuel derived from waste”), SRF (Solid Recovered Fuel is translated from English as “solid recovered fuel”), TDF (Tire-Derived Fuel is translated from English as “fuel obtained from car tires”), polymers and plastics containing halides. The inclusion of liquid fractions (acid tar, paints, solvent, etc.) and paste fractions (dehydrated sewage cake and sludge, black liquor from pulp production, lignins, etc.) into the mixture composition is taken into account, which, when mixed with carbonate material, form a mixture and are fed into the furnace .
Управление работой устройства. Рецептура шихты формируется на основе разработанного программного обеспечения математической модели управления работой устройства по указанному способу и является его неотчуждаемой частью. Исходя из энергетических и химических показателей утилизируемых отходов и применяемого топлива формируется дозирование материалов из расходных бункеров и подача энергоносителей.Device operation control. The mixture recipe is formed on the basis of the developed software of a mathematical model for controlling the operation of the device according to the specified method and is its inalienable part. Based on the energy and chemical indicators of the recycled waste and the fuel used, the dosing of materials from consumable bins and the supply of energy carriers are formed.
Реализация гарантированного вторичного дожигания всего объема продуктов газификации отходов и дымовых газов организовано во второй шахте обжига известняка, путем просасывания через слой щелочноземельных металлов СаСО3 и СаО при температуре от +1300°С с избытком воздуха α=1,08-1,2 и временем контакта газов более 2 секунд. Прохождение всех газов инициируется формированием модели движения газов в печи в одном направлении, используя разряжение дымососа, через единственное выходной газоход в верхней колошниковой части второй шахты противоточного обжига.The implementation of guaranteed secondary combustion of the entire volume of gasification products of waste and flue gases is organized in the second limestone roasting shaft, by sucking through a layer of alkaline earth metals CaCO3 and CaO at a temperature of +1300°C with excess air α = 1.08-1.2 and contact time gases for more than 2 seconds. The passage of all gases is initiated by the formation of a model of gas movement in the furnace in one direction, using the vacuum of the smoke exhauster, through the only outlet gas duct in the upper flue part of the second countercurrent firing shaft.
Конструктив устройства. Соединив предлагаемые выше шахту-газогенератор и шахту обжига карбонатного материала полым переходным каналом-газоходом, получается схожий конструктив промышленной вертикальной двухшахтной печи обжига известняка. Типовые двухшахтные печи обжига извести работают по прямоточно-противоточной схеме с регенерацией тепла. Изменив направления потоков дутья в шахтах, в предлагаемом устройстве меняется принципиальное и функциональное назначение печи, и устройство реализуется, как двухшахтное устройство, объединяющее в себе два агрегата: первый - прямоточная шахта-газогенератор горючих отходов и обжига технической извести, и второй -шахта противоточного обжига кускового карбонатного материала в товарную известь СаО, соединенные между собой полым переходным каналом-газоходом на уровне между зонами обжига и охлаждения. Данный конструктив наиболее экономичен и надежен в сравнении со сжиганием на колосниках или в котлах с кипящим слоем, ввиду отсутствия у устройства подвижных частей в виде шнеков, охлаждаемого пода с колпачками, подвижных колосников с системами водяного охлаждения, теплообменников и систем химической подготовки воды и градирен.Device design. By connecting the gas generator shaft and the carbonate material roasting shaft proposed above with a hollow transition channel-gas duct, a similar design of an industrial vertical two-shaft limestone roasting furnace is obtained. Typical two-shaft lime kilns operate using a co-current-countercurrent design with heat recovery. By changing the direction of the blast flows in the shafts, the proposed device changes the fundamental and functional purpose of the furnace, and the device is implemented as a two-shaft device that combines two units: the first is a direct-flow shaft-gas generator for combustible waste and calcination of technical lime, and the second is a counter-current burning shaft lump carbonate material into commercial lime CaO, connected to each other by a hollow transition channel-gas duct at the level between the firing and cooling zones. This design is the most economical and reliable in comparison with combustion on grates or in fluidized bed boilers, due to the absence of moving parts in the device in the form of screws, a cooled hearth with caps, movable grate bars with water cooling systems, heat exchangers and chemical water treatment systems and cooling towers.
Применение кусковых карбонатных пород в составе шихты. Формированием рецептуры шихты в бункерной эстакаде перед загрузкой в шахту-газогенератор компенсируется непостоянство фракционного состава и теплотехнических характеристик, поступающих на утилизацию отходов. Добавка в шихту технической негашеной извести позволяет убрать из шихты излишнюю влагу перед подачей в шахту-газогенератор. Добавка в шихту кускового карбонатного материала обеспечивает подвижность шихты при транспортировке конвейерами и при верхней загрузке скипом, и подаче двухконусным загрузочным устройством в шахту. При нахождении шихты в шахте с кусковым материалом обеспечивается воздухопроницаемость слоя для прохождения горючих газов, исключаются зависания в сводах. Кусковой материал также работает, как абразив, и очищает футеровку и механизмы верхних загрузочных устройств от настылей из смол и летучих металлов, компенсирует образование утолщения гарнисажа на футеровке, а также перетирает и измельчает отходы в процессе схода слоя извести.The use of lump carbonate rocks in the composition of the charge. By forming a charge formulation in a bunker rack before loading it into a gas generator shaft, the variability of the fractional composition and thermal characteristics supplied for waste disposal is compensated. The addition of technical quicklime to the charge allows you to remove excess moisture from the charge before feeding it into the gas generator shaft. The addition of lump carbonate material to the charge ensures the mobility of the charge during transportation by conveyors and during top loading with a skip, and feeding into the shaft with a double-cone loading device. When the charge is in a mine with lump material, the layer is breathable for the passage of flammable gases, and hanging in the vaults is eliminated. The lump material also works as an abrasive and cleans the lining and mechanisms of the upper loading devices from deposits of resins and volatile metals, compensates for the formation of thickening of the skull on the lining, and also grinds and crushes waste during the process of the lime layer coming off.
Сбор продуктов газификации, которые организуются в моменты разгерметизации верхних загрузочных устройств, реализуется аспирацией и последующей подачей на вторичное дожигание через фурму в переходной канал для лучшего турбулентного перемешивания газовых смесей. В указанную фурму также подается аспирационный воздух отходов из бункерной эстакады, который содержит соединения сероводорода и метилмеркаптанов.The collection of gasification products, which are organized at the moment of depressurization of the upper loading devices, is carried out by aspiration and subsequent supply for secondary combustion through a tuyere into the transition channel for better turbulent mixing of gas mixtures. The said tuyere is also supplied with waste aspiration air from the bunker rack, which contains compounds of hydrogen sulfide and methyl mercaptans.
Обеспечение требуемых режимов дутья в первой шахте-газогенераторе реализовано верхним размещением горелочных устройств и воздуходувок, для обеспечения прямотока нисходящих газов и шихты. Во второй шахте обжига горелочные устройства и воздуходувки устанавливаются снизу, в противоток движению обжигаемому известняку.Providing the required blast conditions in the first gas generator shaft is achieved by placing burners and blowers at the top to ensure direct flow of downward gases and charge. In the second firing shaft, burners and blowers are installed from below, countercurrent to the movement of the limestone being fired.
Топливо применяемое в устройстве: природный газ, мазут, в том числе обводненный, сырая нефть, пылеугольное и водоугольное топливо. Печь можно перевести на работу пересыпным способом на твердом топливе или комбинации топлив, в том числе и жидких. Через верхние загрузочные устройства можно подавать: уголь и кокс, отслужившие деревянные железнодорожные шпалы, пропитанные креозотом, лигнин гидролизного и целлюлозного производства, кору деревьев и коренья, черный щелок целлюлозного производства, масла, автопластики и фильтры, автомобильные шины и резинотехнические изделия, медицинские упаковки, шприцы и матрасы, нефтяной гач и кислые гудроны, и др.Fuel used in the device: natural gas, fuel oil, including watered fuel, crude oil, pulverized coal and water-coal fuel. The furnace can be converted to operation using the pouring method using solid fuel or a combination of fuels, including liquid. Through the upper loading devices you can feed: coal and coke, used wooden railway sleepers impregnated with creosote, lignin from hydrolysis and cellulose production, tree bark and roots, black liquor from cellulose production, oils, auto plastics and filters, car tires and rubber products, medical packaging, syringes and mattresses, slack oil and acid tars, etc.
Универсальность работы. В случае прекращения поставок отходов подлежащих термохимической утилизации данное устройство может перейти на выпуск только товарной комовой извести всеми двумя шахтами, причем на жидком, твердом или газообразном топливе, подаваемом либо в горелки, либо через верхнее загрузочное устройство пересыпным способом.Versatility of work. In the event of a cessation of supplies of waste subject to thermochemical disposal, this device can switch to the production of only marketable lump lime by all two mines, using liquid, solid or gaseous fuel supplied either to the burners or through the top loading device in a pour-over method.
Очистка дымовых газов. Применяются известный способы комплексной очистки дымовых газов. Включает в себя циклонную очистку газов первой ступени, очистку золы-уноса угольно-тканевыми и электрофильтрами с удалением сухим и мокрым способом кислых газов HCl, SO2, HF, а также каталитическое разложение оксидов азота (моноксид азота NO и диоксид азота NO2) раствором аммиака при температурах от +170°С до +380°С с образованием газообразного азота и водяного пара. Может осуществляться другая комбинация известных способов газоочистки.Flue gas cleaning. Well-known methods of complex flue gas purification are used. Includes cyclonic gas purification of the first stage, purification of fly ash with carbon-fabric and electrostatic precipitators with dry and wet removal of acid gases HCl, SO2, HF, as well as catalytic decomposition of nitrogen oxides (nitrogen monoxide NO and nitrogen dioxide NO2) with ammonia solution at temperatures from +170°C to +380°C with the formation of nitrogen gas and water vapor. Another combination of known gas purification methods can be carried out.
Применение получаемых продуктов. После разгрузки охлажденного зольного остатка шихты из первой шахты-газогенератора сепарацией отделяются металлы, зольный остаток и техническая известь СаО, которая может применяться для обезвоживания отходов в бункерной эстакаде перед подачей в печь, для дезинфекции и обезвоживания сточных вод, инфильтрируемых из поступающих отходов. Пылевынос из газоочистки и просеянный зольный остаток подходит для частичного замещения сырья в производстве газосиликатных блоков автоклавированием, ввиду полного дожигания отходов и наличия примесей золы, извести и силикатов, что приведено в протоколе лабораторного химического анализа [8] Пробы №4 с массовым содержанием SiO2=2,9%, S=0,03% и Р=0,01%.Application of the resulting products. After unloading the cooled ash residue of the charge from the first shaft-gas generator, metals, ash residue and industrial lime CaO are separated by separation, which can be used for dewatering waste in a bunker rack before feeding it into the furnace, for disinfection and dehydration of wastewater infiltrated from incoming waste. Dust removal from gas cleaning and sifted ash residue are suitable for partial replacement of raw materials in the production of gas silicate blocks by autoclaving, due to the complete afterburning of waste and the presence of impurities of ash, lime and silicates, which is given in the laboratory chemical analysis protocol [8] Samples No. 4 with mass content of SiO2 = 2 .9%, S=0.03% and P=0.01%.
Получаемая обожженая комовая известь из второй шахты обжига является, как сменным отработанным абсорбционным фильтрующим агентом газов печи, так и товарным продуктом в виде строительной комовой извести с активностью 88-92, при реализации которой формируется окупаемость и экономический эффект удешевления утилизации отходов.The resulting burnt lump lime from the second roasting shaft is both a replaceable spent absorption filter agent for furnace gases and a commercial product in the form of construction lump lime with an activity of 88-92, the implementation of which generates payback and the economic effect of reducing the cost of waste disposal.
Исходя из вышеприведенных идей, включенных в заявленное изобретение способа и устройства, реализуется комплексный экологичный передел горючих отходов, в том числе галогенсодержащих, используя конструктив промышленной вертикальной двухшахтной печи обжига карбонатных материалов.Based on the above ideas included in the claimed invention of the method and device, a comprehensive environmentally friendly processing of combustible waste, including halogen-containing waste, is implemented using the design of an industrial vertical two-shaft furnace for roasting carbonate materials.
НовизнаNovelty
Предлагаемый способ и конструкция устройства обладают новизной, поскольку совокупность признаков формулы изобретений в информационных и патентных источниках не обнаружены. Применение конструктива промышленной двухшахтной обжиговой печи карбонатных материалов в качестве устройства реализации изобретения не определено, особенно работа одной из шахт в режиме высокотемпературного прямоточного газогенератора горючих галогенсодержащих отходов, в том числе и жидких.The proposed method and design of the device are novel, since the set of features of the invention formula have not been found in information and patent sources. The use of the design of an industrial two-shaft kiln for carbonate materials as a device for implementing the invention has not been determined, especially the operation of one of the shafts in the mode of a high-temperature direct-flow gas generator of combustible halogen-containing waste, including liquid.
Изобретательский уровеньInventive step
Заявленное в качестве изобретения техническое решение совместного способа и устройства обладает изобретательским уровнем, поскольку способ и совместное применение промышленной бункерной эстакады для формирования рецептуры сложной шихты и конструктива двухшахтной вертикальной печи обжига карбонатных материалов для совместной утилизации отходов, в том числе галогенсодержащих, не является очевидным, и это приводит к значительному результату экологичной очистки дымовых газов и повышению производительности термической утилизации горючих отходов, в том числе с использованием промышленных образцов типового оборудования.The technical solution of a joint method and device declared as an invention has an inventive step, since the method and joint use of an industrial bunker rack for the formation of a complex charge formulation and the design of a two-shaft vertical furnace for roasting carbonate materials for the joint disposal of waste, including halogen-containing ones, is not obvious, and this leads to significant results in environmentally friendly flue gas purification and increased productivity of thermal disposal of combustible waste, including the use of industrial samples of standard equipment.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Группа заявленных изобретений способа и устройства находится в стадии эскизного проектирования печи (Фигура №3), и их использование не вызывает изменения принципа строительства аналогичных печей, поскольку применяются известное оборудование, материалы и конструктивы, а работающие промышленные бункерные эстакады и двухшахтные обжиговые печи, близкие к изобретению по конструктиву, долгое время находятся в промышленной эксплуатации, например, двухшахтные печи тип PFR фирмы Maerz Ofenbau AG (Швейцария), которые имеют производительность до 800 тонн по извести в сутки, что может быть сопоставимо с количеством утилизируемого отхода.The group of claimed inventions of the method and device is at the stage of preliminary design of the furnace (Figure No. 3), and their use does not change the principle of construction of similar furnaces, since known equipment, materials and structures are used, and working industrial bunker racks and double-shaft kilns are close to according to the design of the invention, have been in industrial operation for a long time, for example, double-shaft kilns type PFR from Maerz Ofenbau AG (Switzerland), which have a capacity of up to 800 tons of lime per day, which can be comparable to the amount of recycled waste.
Краткое описание чертежей устройства и способа.Brief description of the drawings of the device and method.
Фигура 1. Конструкция и принципиальная схема устройства вертикальная двухшахтная печь обжига карбонатных материалов для совместной термохимической утилизации горючих отходов.Figure 1. Design and schematic diagram of a vertical two-shaft furnace for firing carbonate materials for joint thermochemical recycling of combustible waste.
Фигура 2. Функциональная схема способа термохимической утилизации горючих отходов.Figure 2. Functional diagram of the method for thermochemical disposal of combustible waste.
Фигура 3. Эскизный чертеж устройства вертикальная двухшахтная печь обжига карбонатных материалов для совместной утилизацией горючих отходов с расходными бункерами шихтоподачи.Figure 3. Sketch drawing of a vertical two-shaft furnace for firing carbonate materials for the joint disposal of combustible waste with charge feed bins.
Фигура 4. Фототаблица проводимых пилотных испытаний способа и устройства.Figure 4. Photo table of ongoing pilot tests of the method and device.
Заявляемое устройство проиллюстрировано предлагаемой конструкцией (Фигура 1) вертикальной двухшахтной печи обжига карбонатного материала и совместной термохимической утилизации горючих отходов. Состав: бункерная эстакада - 1, расходный дозирующий бункер отходов - 2, дозирующий бункер добавок и твердого топлива - 3, дозирующий бункер кусковых карбонатных пород - 4, конвейер шихтоподачи - 5, конвейер подачи кусковых карбонатных пород - 6, аспирационная установка бункерной эстакады - 7, тракт подачи шихты - 8.1, тракт подачи карбонатного сырья -8.2, подъемное устройство шихты - 9.1, подъемное устройство карбонатного сырья - 9.2, верхнее загрузочное устройство первой шахты-газогенератора -10, аспирационная установка сбора утечки продуктов газификации из шахты -11, конусные загрузочные устройства - 12, тракты подачи топлива и воздуха дутья - 13, верхние горелочные устройства первой шахты - 14, первая футерованная прямоточная шахта-газогенератор - 15, газифицируемая шихта и кусковой известняк СаСО3 на обжиг в техническую известь СаО - 16, фурма вторичного дожигания аспирационных газов утечки верхних загрузочных устройств и аспирационного воздуха бункерной эстакады - 17, футерованный полый переходный канал-газоход - 18, охладитель - 19, разгрузочное устройство - 20, вентилятор охлаждения и дутья - 21, сепаратор металлов и золы - 22, нижние горелочные устройства второй шахты - 23, кусковой известняк СаСО3 на обжиг в товарную известь СаО - 24, вторая футерованная противоточная шахта обжига товарной извести - 25, верхнее загрузочное устройство второй шахты обжига - 26, бункер твердого остатка газоочистки - 27, газоочистка - 28, дымосос - 29, дымовая труба - 30, выходное отверстие дымовых газов печи - 31, продукты газификации - 32, дымовые газы - 33.The inventive device is illustrated by the proposed design (Figure 1) of a vertical two-shaft furnace for firing carbonate material and joint thermochemical disposal of combustible waste. Composition: bunker rack - 1, consumable dosing waste hopper - 2, dosing hopper for additives and solid fuel - 3, dosing hopper for lump carbonate rocks - 4, charge feed conveyor - 5, feed conveyor for lump carbonate rocks - 6, aspiration installation of bunker rack - 7 , charge supply path - 8.1, carbonate raw material supply path - 8.2, charge lifting device - 9.1, carbonate raw material lifting device - 9.2, upper loading device of the first gas generator shaft -10, aspiration installation for collecting leakage of gasification products from the shaft -11, cone loading devices - 12, fuel and blast air supply paths - 13, upper burner devices of the first shaft - 14, first lined direct-flow gas generator shaft - 15, gasified charge and lump limestone CaCO3 for firing into technical lime CaO - 16, tuyere for secondary afterburning of aspiration gases leaks of the upper loading devices and aspiration air of the bunker rack - 17, lined hollow transition channel-gas duct - 18, cooler - 19, unloading device - 20, cooling and blowing fan - 21, metal and ash separator - 22, lower burner devices of the second shaft - 23, lump limestone CaCO3 for firing into commercial lime CaO - 24, second lined counterflow shaft for roasting commercial lime - 25, upper loading device of the second firing shaft - 26, solid gas purification residue bunker - 27, gas purification - 28, smoke exhauster - 29, chimney - 30, furnace flue gas outlet - 31, gasification products - 32, flue gases - 33.
Заявляемый способ проиллюстрирован на схеме (Фигура 2), где происходит накопление сырья в расходных бункерах и дозирование добавок и технической извести для обезвоживания сырья - [1], дозирование фракционных горючих отходов подлежащих утилизации - [2], дозирование кускового карбонатного сырья - [3] для совместной подачи и формирования рецептуры шихты в бункерной эстакаде [4], дозирование кускового карбонатного сырья для обжига - [5], верхняя подача шихтового материала в первую прямоточную шахту-газогенератор [7] вертикальной двухшахтной печи [6] и верхняя подача кускового карбонатного сырья во вторую шахту обжига [10] двухшахтной печи [6], подача продуктов газификации из первой шахты во вторую по переходному каналу [8] для вторичного дожигания, подача аспирационного воздуха бункерной эстакады и аспирационных газов верхних загрузочных устройств через фурму на вторичное дожигание [9], охлаждение технической извести и золы отходов [11] с последующим грохочением и сепарацией [12] на металлы [14] и техническую известь [15], и золу отходов [13], охлаждение товарной извести [17] с выгрузкой товарной извести [18], газоочистка [16] с формированием золы-уноса [13], подача энергоресурсов [19].The inventive method is illustrated in the diagram (Figure 2), where the accumulation of raw materials in supply bins and dosing of additives and technical lime for dehydration of raw materials occurs - [1], dosing of fractional combustible waste to be disposed of - [2], dosing of lump carbonate raw materials - [3] for joint supply and formation of the charge formulation in a bunker rack [4], dosing of lump carbonate raw materials for firing - [5], top supply of charge material into the first direct-flow gas generator shaft [7] of a vertical two-shaft furnace [6] and top supply of lump carbonate raw materials into the second firing shaft [10] of a two-shaft furnace [6], supplying gasification products from the first shaft to the second via a transition channel [8] for secondary afterburning, supplying aspiration air from the bunker rack and aspiration gases from the upper loading devices through the tuyere for secondary afterburning [9] , cooling of industrial lime and waste ash [11] with subsequent screening and separation [12] into metals [14] and industrial lime [15], and waste ash [13], cooling of commercial lime [17] with unloading of commercial lime [18] , gas purification [16] with the formation of fly ash [13], supply of energy resources [19].
Описание работы заявленного устройства и способа приводится по схеме (Фигура 1), приняв в качестве исходных данных: топливо - природный газ, а утилизируемые отходы - «хвосты» после сортировки твердых коммунальных отходов. В бункерную эстакаду [1] поступает сырье и добавки определенных фракций, где при помощи конвейеров они распределяются из приемных бункеров по расходным бункерам: кусковых карбонатных пород (предпочтительно известняк СаСО3) [4], утилизируемых твердых отходов [2], добавок (технической извести для обезвоживания отходов, твердых и жидких топлив или реагентов). На основании типов утилизируемых отходов, в расходных бункерах формируется рецептура шихты, и бункерными дозаторами происходит подача твердых и жидких отходов по ленточному конвейеру [5] на формирование шихты с добавкой карбонатного сырья из расходного бункера [4] по реверсивному конвейеру [6]. Дальнейшая транспортировка шихты обеспечивается трактом подачи шихты [8.1] и подъемом шихты скиповым устройством, или иным [9.1] для перегрузки в верхнее загрузочное устройство первой шахты-газогенератора [10] с последующей загрузкой в шахту-газогенератор [15], через герметичные шлюзы двухконусного загрузочного устройства [12], оснащенного аспирационной установкой [11] отдувки проникших продуктов газификации в момент открытия конусов [12]. Входящий в состав шихты карбонатный камень, обеспечивает подвижность шихты для конвейерной перевалки и выгрузки из скипа, исключает зависание шихты в сводах при нагреве и газификации, обеспечивает газопроницаемость слоя шихты, абразивно очищает конусы загрузочного устройства и футеровку от нагара и смол, перетирает отходы в момент схода слоя и адсорбирует на себе поллютанты образовавшиеся в шахте-газогенераторе.The description of the operation of the claimed device and method is given according to the diagram (Figure 1), taking as initial data: fuel - natural gas, and recycled waste - “tails” after sorting solid municipal waste. The bunker rack [1] receives raw materials and additives of certain fractions, where, using conveyors, they are distributed from receiving bins to supply bins: lump carbonate rocks (preferably limestone CaCO3) [4], recyclable solid waste [2], additives (technical lime for dewatering of waste, solid and liquid fuels or reagents). Based on the types of waste being disposed of, a charge formulation is formed in the supply bins, and solid and liquid waste is supplied by bunker dispensers along a belt conveyor [5] to form a charge with the addition of carbonate raw materials from the supply bin [4] along a reversible conveyor [6]. Further transportation of the charge is ensured by the charge supply path [8.1] and lifting of the charge by a skip device or another [9.1] for reloading into the upper loading device of the first gas generator shaft [10] with subsequent loading into the gas generator shaft [15], through sealed locks of a double-cone loading device [12], equipped with an aspiration unit [11] for blowing off penetrated gasification products at the moment of opening the cones [12]. The carbonate stone included in the charge ensures the mobility of the charge for conveyor transfer and unloading from the skip, prevents the charge from hanging in the vaults during heating and gasification, ensures the gas permeability of the charge layer, abrasively cleans the cones of the loading device and the lining from carbon deposits and resins, grinds the waste at the time of removal layer and adsorbs on itself the pollutants formed in the gas generator shaft.
Из бункера кусковых карбонатных пород [4] дозируется на конвейер [6] известняк на обжиг СаСО3 в товарную известь СаО. Тракт подачи карбонатного сырья [8.2] доставляет материал для последующего подъема на скиповом или ином устройстве [9.2] для пересыпки в верхнее загрузочное устройство второй противоточной шахты обжига товарной извести [25] с последующей загрузкой в шахту обжига, через герметичные шлюзы двухконусного загрузочного устройства [12], оснащенного аспирационной установкой [11] отдувки проникших продуктов газификации в момент открытия конусов [12]. Загруженный известняк, попав в шахту обжига [25], подогревается теплом отходящих дымовых газов [33], и попавшие на его поверхность с дымовыми газами [33] недогоревшие частицы увлекаются вниз на повторное дожигание в зону обжига [23], тем самым исключается вынос недогоревшей золы от пристеночного эффекта.From the hopper of lump carbonate rocks [4], limestone is dosed onto the conveyor [6] for firing CaCO3 into commercial lime CaO. The carbonate raw material supply path [8.2] delivers material for subsequent lifting on a skip or other device [9.2] for pouring into the upper loading device of the second counter-flow commercial lime roasting shaft [25] with subsequent loading into the burning shaft, through sealed locks of a double-cone loading device [12 ], equipped with an aspiration unit [11] for blowing off the penetrated gasification products at the moment of opening the cones [12]. The loaded limestone, having entered the firing shaft [25], is heated by the heat of the exhaust flue gases [33], and the unburned particles that fall on its surface with the flue gases [33] are carried down for re-burning into the firing zone [23], thereby eliminating the removal of unburnt particles. ash from the wall effect.
В шахте-газогенераторе [15] происходит последовательный нагрев загруженной шихты [16], а затем начинается процесс газификации отходов с образованием продуктов газификации [32] от сгорающего топлива и воздуха [13] на горел очных устройствах [14] с дефицитом воздуха α=0,5 и при температуре около +1300°С, чтобы исключить образование смол в получаемом продукте газификации [32] - газогенераторном газе (синтез-газе), состоящем в основном из водорода Н2 и монооксида углерода СО. Продукты газификации [32] в первой шахте [15] направляются вниз в прямотоке с известняком шихты шахты [15]. Пройдя зону обжига первой шахты, известняк СаСО3 обжигается в техническую известь СаО с выделением углекислого газа CO2, известь адсорбирует на свою поверхность галогены, серу и тяжелые металлы. Дутье в печи организовано так, что продукты газификации [32] эвакуируются разряжением дымососа [29] во вторую шахту [25] обжига карбонатного материала, проходя через полый межшахтный переходной канал [18]. Далее продукты газификации [32] попадают вверх, в противоток раскаленному обжигаемому карбонатному материалу [24] с температурой поверхности от +1300°С до +1700°С, просасываются через слой раскаленной обжигаемой товарной извести со временем контакта более 2 секунд и вторично дожигаются в факеле горелок [23] с избытком кислорода α=1,2. Товарная известь СаО в области горелочных устройств [23] при температуре более +1300°С адсорбирует и нейтрализует на своей поверхности в нейтральные соединения основные галогены Cl, F, которые непрореагировали с известью СаО в первой шахте-газогенераторе [15], исключая тем самым рекомбинацию диоксинов и фуранов, а тяжелые металлы Pb, Zn, Cd, Hg, переходят в твердые нерастворимые соединения, причем сера S переходит в твердое нейтральное соединение гипс CaSO4. Товарная известь [24] пройдя обжиг и адсорбировав на свою поверхность поллютанты, охлаждается, и сходит вниз в зону охлаждения, как и техническая известь [16] первой шахты [15]. Охладившись воздухом на горение от вентиляторов [21], известь из двух шахт выгружается разгрузочными устройствами [20], а техническая известь дополнительно сепарируется [22] на наличие металлов, комовую известь и зольный остаток с мелкодисперсной известью.In the gas generator shaft [15], sequential heating of the loaded charge [16] occurs, and then the process of waste gasification begins with the formation of gasification products [32] from burning fuel and air [13] on combustion devices [14] with air deficiency α = 0 ,5 and at a temperature of about +1300°C to prevent the formation of tars in the resulting gasification product [32] - gas generator gas (synthesis gas), consisting mainly of hydrogen H2 and carbon monoxide CO. Gasification products [32] in the first shaft [15] are sent down in a co-current flow with the limestone of the mine charge [15]. Having passed the firing zone of the first shaft, limestone CaCO3 is fired into technical lime CaO with the release of carbon dioxide CO2, the lime adsorbs halogens, sulfur and heavy metals onto its surface. The blowing in the furnace is organized in such a way that the gasification products [32] are evacuated by the vacuum of the smoke exhauster [29] into the second shaft [25] for firing carbonate material, passing through a hollow inter-shaft transition channel [18]. Next, gasification products [32] enter upward, in countercurrent to the hot calcined carbonate material [24] with a surface temperature from +1300°C to +1700°C, are sucked through a layer of hot calcined commercial lime with a contact time of more than 2 seconds and are re-burned in a torch burners [23] with excess oxygen α=1.2. Commercial lime CaO in the area of burner devices [23] at temperatures above +1300°C adsorbs and neutralizes on its surface into neutral compounds the main halogens Cl, F, which did not react with lime CaO in the first gas generator shaft [15], thereby excluding recombination dioxins and furans, and heavy metals Pb, Zn, Cd, Hg, transform into solid insoluble compounds, and sulfur S transforms into the solid neutral compound gypsum CaSO4. Commercial lime [24], having been fired and adsorbed pollutants onto its surface, cools and goes down into the cooling zone, like the technical lime [16] of the first mine [15]. Having been cooled by combustion air from fans [21], lime from two mines is unloaded by unloading devices [20], and technical lime is additionally separated [22] for the presence of metals, lump lime and bottom ash with fine lime.
Утечка без должной очистки продуктов газификации [32] и дымовых газов [33] из шахт [15, 25] в момент открытия конусов [12] устраняется аспирационными установками [11], которые подают образовавшуюся газовоздушную смесь с атмосферным воздухом на вторичное дожигание в фурму [17], расположенную в межшахтном переходном канале [18], где обеспечивается требуемое турбулентное перемешивание холодных и горячих (около +1250°С) газов. В воздухе бункерной эстакады высокое содержание одорантов в виде сероводородных соединений, метилмеркаптана и других, поэтому аспирационный воздух [7] бункерной эстакады также подается на вторичное дожигание через фурму [17] для обеззараживания и очистки.Leakage without proper cleaning of gasification products [32] and flue gases [33] from mines [15, 25] at the moment of opening of the cones [12] is eliminated by aspiration units [11], which supply the resulting gas-air mixture with atmospheric air for secondary combustion in the tuyere [ 17], located in the intershaft transition channel [18], where the required turbulent mixing of cold and hot (about +1250°C) gases is ensured. The air of the bunker rack has a high content of odorants in the form of hydrogen sulfide compounds, methyl mercaptan and others, therefore the aspiration air [7] of the bunker rack is also supplied for secondary combustion through a tuyere [17] for disinfection and cleaning.
Все дымовые газы [33] и продукты газификации [32] гарантированно проходят вторичное дожигание в зоне обжига товарного известняка на горелках [23] с просасыванием дымовых газов [33] в слое раскаленной извести [24] из-за принудительной организации движения всех газов в печи от разряжения дымососа [29], через одно выходное отверстие дымовых газов печи [31], расположенное в верхней части шахты обжига [25].All flue gases [33] and gasification products [32] are guaranteed to undergo secondary afterburning in the zone of calcination of commercial limestone on burners [23] with the suction of flue gases [33] in a layer of hot lime [24] due to the forced organization of the movement of all gases in the furnace from the vacuum of the smoke exhauster [29], through one outlet of the furnace flue gases [31], located in the upper part of the firing shaft [25].
После выхода из печи дымовые газы [33] поступают на комплексную газоочистку [28] с известными методами, а в процессе газоочистки образуется летучая зола (зола-уноса) [27] с содержанием пылевидного известняка и извести. Остывшие и промытые дымовые газы [33], дымосос [29] выбрасывает через дымовую трубу [30] в атмосферу.After exiting the furnace, the flue gases [33] are sent to complex gas purification [28] using known methods, and during the gas purification process, fly ash (fly ash) [27] containing pulverized limestone and lime is formed. The cooled and washed flue gases [33] are released by the smoke exhauster [29] through the chimney [30] into the atmosphere.
Пример конкретного осуществления, подтверждающий возможность внедрения в производство предложенного способа и устройства приведен в фототаблице Фигура 4.An example of a specific implementation confirming the possibility of introducing the proposed method and device into production is shown in the photo table Figure 4.
Пример 1. Производились опытные испытания на пилотной установке, имитирующей заявленный способ и устройство [7, рис. 1]. Изготовился футеровочный огнеупорный слой двух шахт, верхнее загрузочное и нижнее разгрузочное шнековое устройство. Произведен совместный обжиг извести с RDF топливом в одной из шахт, затем подавалась смесь из RDF топлива и извести в обе шахты. Фиксировался зольный остаток RDF топлива, определялось количество подаваемого воздуха коэффициент а и лабораторный анализ [8] полученных материалов. Производилась подача только продуктов газификации RDF топлива из выносной топки в зону обжига щелочноземельного материала извести и доломита. Полученные результаты пилотных испытаний подтвердили расчетные и практические данные, приведенные в данном способе и устройстве.Example 1. Experimental tests were carried out on a pilot plant simulating the claimed method and device [7, Fig. 1]. The lining refractory layer of two shafts, the upper loading and lower unloading screw devices were manufactured. Lime was burned together with RDF fuel in one of the shafts, then a mixture of RDF fuel and lime was fed into both shafts. The ash residue of RDF fuel was recorded, the amount of supplied air, coefficient a, and laboratory analysis [8] of the resulting materials were determined. Only gasification products of RDF fuel were supplied from the remote furnace to the firing zone of the alkaline earth material of lime and dolomite. The obtained results of pilot tests confirmed the calculated and practical data given in this method and device.
Источники информации:Information sources:
1. Бернадинер М. Н. Диоксины в пирометаллургических процессах и методы их обезвреживания, Электрометаллургия. 2000 г. №1. стр. 12-17.1. Bernadiner M. N. Dioxins in pyrometallurgical processes and methods of their neutralization, Electrometallurgy. 2000 No. 1. pp. 12-17.
2. Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от мусоросжигательных и мусороперерабатывающих заводов, АКХ им. К. Д. Памфилова Минжилкомхоза РСФСР 123371, Москва, 1989 г., рис. 1.2. Guidelines for calculating emissions of pollutants into the atmosphere from waste incineration and waste processing plants, AKH im. K. D. Pamfilova Ministry of Housing and Communal Services of the RSFSR 123371, Moscow, 1989, fig. 1.
3. Межгосударственный стандарт ГОСТ 33516-2015, Топливо твердое из бытовых отходов, Технические характеристики и классы, стр. 4.3. Interstate standard GOST 33516-2015, Solid fuel from household waste, Technical characteristics and classes, p. 4.
4. Коршиков В.Д., Конев В.А., Конев М.В. К вопросу использования топлива RDF в доменных печах, Современная металлургия нового тысячелетия (СМНТ-2020), ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет», ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат», октябрь 2020 г., стр. 6-16.4. Korshikov V.D., Konev V.A., Konev M.V. On the issue of using RDF fuel in blast furnaces, Modern metallurgy of the new millennium (SMNT-2020), Lipetsk State Technical University, PJSC Novolipetsk Metallurgical Plant, October 2020, pp. 6-16.
5. Ефимов Н.Н., Федорова Н.В., Миргородский А.И., Коломийцева A.M. Газификация органических топлив и биомасс, Успехи современного естествознания. - 2007. - №1. - С.15-21; ссылка в сети интернет URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=108305. Efimov N.N., Fedorova N.V., Mirgorodsky A.I., Kolomiytseva A.M. Gasification of organic fuels and biomass, Advances in modern natural science. - 2007. - No. 1. - P.15-21; Internet link URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=10830
6. Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Подготовка и проведение испытаний пилотной обжиговой печи циклонного типа производства ООО «НПО «Наукоемкие Технологии, с составлением отчета по итогу проведенных работ и выдачи рекомендаций», ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет», 25 февраля 2022 г., стр. 40-81.6. Report on research work on the topic: “Preparation and testing of a pilot cyclone-type kiln produced by NPO Science-Intensive Technologies LLC, with the preparation of a report on the results of the work carried out and issuance of recommendations”, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Lipetsk State Technical University”, February 25, 2022, pp. 40-81.
7. Фототаблица графических материалов испытаний, она же Фигура 4.7. Photo table of graphic test materials, also known as Figure 4.
8. Протокол лабораторных исследований образцов.8. Protocol for laboratory testing of samples.
9. Справочник ЕС по наилучшим доступным технологиям Reference Document on Best Available Techniques for the Waste Incineration, 2019, стр. 143-145.9. EU Reference Document on Best Available Techniques for the Waste Incineration, 2019, pp. 143-145.
10. ИТС 9-2020. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами, Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, стр. 76, 79, 81.10. ITS 9-2020. Information technology guide to the best available technologies. Recycling and neutralization of waste by thermal methods, Federal Agency for Technical Regulation and Metrology, pp. 76, 79, 81.
11. Патент РФ №2119125, опубликован 20.09.1998 г. 11. RF Patent No. 2119125, published 09.20.1998
12. Патент РФ №2502922, опубликовано 27.12.2013 г. 12. RF Patent No. 2502922, published on December 27, 2013.
13. Патент РФ №2383822, опубликовано 10.03.2010 г. 13. RF Patent No. 2383822, published 03/10/2010
14. Авторское свидетельство СССР №1663353 F27B 1/02, опубликованное 15.07.1991 г. Бюл. №26.14. Copyright certificate of the USSR No. 1663353
15. Патент РФ №2791072, опубликовано 02.03.2023 г. 15. RF Patent No. 2791072, published 03/02/2023
16. Патент РФ №2316696, опубликовано 10.02.2008 г. 16. RF Patent No. 2316696, published 02/10/2008
17. Патент РФ №2729679, опубликовано 11.08.2020 г. 17. RF Patent No. 2729679, published 08/11/2020
18. Патент РФ №2712461, опубликовано 29.01.2020 г. 18. RF Patent No. 2712461, published 01/29/2020
19. Фигура 1. Конструкция и принципиальная схема устройства вертикальная двухшахтная печь обжига карбонатных материалов для совместной термохимической утилизации горючих отходов.19. Figure 1. Design and schematic diagram of a vertical two-shaft furnace for firing carbonate materials for joint thermochemical recycling of combustible waste.
20. Фигура 2. Функциональная схема способа термохимической утилизации горючих отходов.20. Figure 2. Functional diagram of the method for thermochemical disposal of combustible waste.
21. Фигура 3. Эскизный чертеж устройства вертикальная двухшахтная печь обжига карбонатных материалов для совместной утилизацией горючих отходов с расходными бункерами шихтоподачи.21. Figure 3. Sketch drawing of a vertical two-shaft furnace for firing carbonate materials for joint recycling of combustible waste with charge feed bins.
22. Фигура 4. Фототаблица проводимых пилотных испытаний способа и устройства.22. Figure 4. Photo table of ongoing pilot tests of the method and device.
Claims (14)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2815308C1 true RU2815308C1 (en) | 2024-03-13 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5379705A (en) * | 1992-11-11 | 1995-01-10 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Fluidized-bed incinerator |
| RU2101636C1 (en) * | 1992-03-07 | 1998-01-10 | Мэрц-Офенбау АГ | Shaft kiln for lumpy mineral material |
| JP2005111374A (en) * | 2003-10-08 | 2005-04-28 | Taiheiyo Cement Corp | Organic sludge treatment method |
| RU2353595C2 (en) * | 2004-01-15 | 2009-04-27 | Маерц-Офенбау Аг | Method of granulated mineral charge sintering |
| RU84509U1 (en) * | 2009-04-06 | 2009-07-10 | Учреждение Российской Академии Наук Объединенный Институт Высоких Температур Ран (Оивт Ран) | INSTALLATION OF WASTE BURNING WITH DISPOSAL OF HEAT FOR LIMG FIRING |
| RU2383822C1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-03-10 | Михаил Викторович Конев | Method to process solid household and industrial wastes |
| JP5064203B2 (en) * | 2007-12-26 | 2012-10-31 | 中山石灰工業株式会社 | Production method of salt-baked quicklime in a vertical firing furnace. |
| RU2729679C1 (en) * | 2019-07-26 | 2020-08-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Известа" | Straight-flow-counterflow furnace for calcination of carbonate materials |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2101636C1 (en) * | 1992-03-07 | 1998-01-10 | Мэрц-Офенбау АГ | Shaft kiln for lumpy mineral material |
| US5379705A (en) * | 1992-11-11 | 1995-01-10 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Fluidized-bed incinerator |
| JP2005111374A (en) * | 2003-10-08 | 2005-04-28 | Taiheiyo Cement Corp | Organic sludge treatment method |
| RU2353595C2 (en) * | 2004-01-15 | 2009-04-27 | Маерц-Офенбау Аг | Method of granulated mineral charge sintering |
| JP5064203B2 (en) * | 2007-12-26 | 2012-10-31 | 中山石灰工業株式会社 | Production method of salt-baked quicklime in a vertical firing furnace. |
| RU2383822C1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-03-10 | Михаил Викторович Конев | Method to process solid household and industrial wastes |
| RU84509U1 (en) * | 2009-04-06 | 2009-07-10 | Учреждение Российской Академии Наук Объединенный Институт Высоких Температур Ран (Оивт Ран) | INSTALLATION OF WASTE BURNING WITH DISPOSAL OF HEAT FOR LIMG FIRING |
| RU2729679C1 (en) * | 2019-07-26 | 2020-08-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Известа" | Straight-flow-counterflow furnace for calcination of carbonate materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2467789C2 (en) | Method and device for processing co2-bearing waste gases | |
| AU2007243632B2 (en) | Method and plant for processing waste | |
| US4678514A (en) | Process for the disposal of combustible refuses | |
| CN109469903B (en) | Incineration treatment method for industrial solid waste | |
| US7708964B2 (en) | Oil shale derived pollutant control materials and methods and apparatuses for producing and utilizing the same | |
| CN101786809B (en) | Waste treatment system and treatment method applied in cement dry process kiln production | |
| CN110527560A (en) | A kind of organic solid waste cleaning disposal of resources method | |
| CN108559857B (en) | Waste mercury catalyst mercury recovery and slag harmless treatment process | |
| JPH0456202B2 (en) | ||
| JP2005517886A (en) | Recirculation system for waste treatment plant | |
| Heidari et al. | The valorization of plastic via thermal means: industrial scale combustion methods | |
| Buekens | Incineration technologies | |
| CN110173697B (en) | Solid waste gasification melting incineration system and method based on double melting pools | |
| CN113310056A (en) | Hazardous waste incineration treatment system and method | |
| CN1844747B (en) | Cement rotary kiln and incinerator combined system for treating municipal solid waste and its application | |
| JPH09235148A (en) | Method of utilizing residue and waste and low calorific value fuel in cement furnace | |
| CN1277342A (en) | Drying, gasifying and melting process of treating domestic refuse | |
| US6470812B1 (en) | Method and apparatus for recovering energy from wastes by combustion in industrial furnaces | |
| US20080282889A1 (en) | Oil shale based method and apparatus for emission reduction in gas streams | |
| JP2011057465A (en) | Quick lime production system and method of producing the same | |
| US9321684B2 (en) | Cement clinker manufacturing plant | |
| JP4527243B2 (en) | How to use the lime kiln | |
| RU2249766C2 (en) | Method of incineration of solid household and other organic wastes and a device for its realization | |
| RU2815308C1 (en) | Method and device for thermochemical recycling of combustible wastes in vertical two-shaft furnace for burning carbonate materials | |
| RU2478169C1 (en) | Plasma-chemical method of processing solid domestic and industrial wastes |