УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО УНИЧТОЖЕНИЯ ОТХОДОВ
DEVICE FOR HIGH-TEMPERATURE DESTRUCTION OF WASTES

Изобретение относится к средствам уничтожения и/или обезвреживания отходов различного морфологического состава путем высокотемпературного сжигания и может быть использовано для уничтожения химически особо опасных и медицинских отходов лечебно-профилактических учреждений.
Известна установка для уничтожения отходов - Инсинератор (патент RU №2196935, опубл. 2003.01.12), содержащий корпус, закрываемый люк для загрузки отходов, люк для выгрузки золы, дымоход, соединенный с атмосферой. Внутри корпуса расположена камера разложения отходов, сообщенная в нижней части с камерой дожигания газообразных продуктов разложения. В камере дожигания газообразных продуктов разложения установлен высокотемпературный источник тепла так, что высокотемпературная зона находится на границе камеры разложения и камеры дожигания. В камере разложения отходов установлен газоход для отвода газообразных продуктов разложения из ее верхней части в камеру дожигания и далее в газоочистительный тракт. В результате в атмосферный воздух выбрасываются дымовые газы, состав и концентрация компонентов которых соответствует российским и международным требованиям.
Однако расчетные характеристики не могут учесть всего разнообразия отклонений характеристик технологического процесса, таких как структура, состав, влажность отходов и др., это может привести к отклонению расчетных параметров и изменению качества технологического процесса, изменению степени его влияния на окружающую среду.
Таким образом необходимо обеспечивать непрерывный технологический и экологический контроль и управление происходящими процессами.
Наиболее близким техническим решением является установка для высокотемпературного уничтожения токсичных промышленных отходов (патент RU №2246072, опубл. 2005.02.10), содержащая загрузочное устройство, рабочую камеру, состоящую из камеры сжигания и камеры дожигания, систему очистки продуктов сгорания, включающую теплообменник, циклон и скруббер, систему удаления продуктов сгорания, включающую дымосос и дымовую трубу, а также систему автоматизированного управления, снабженную системным блоком на базе ЭВМ сбора, анализа, контроля и отображения режимных параметров, а также набором датчиков измерения и исполнительных элементов управления и аварийного останова, соединенных линиями прямой и обратной связи с ЭВМ и указанными блоками соответственно.
Система автоматизированного управления, используемая в данной установке, не позволяет осуществить комплексный мониторинг экологически важных параметров технологического процесса, таких как показатели разрежения воздуха в камере сжигания отходов, значение концентрации вещества в дымовых газах. Что, в свою очередь, лишает возможности произвести оценку степени воздействия установки на окружающую среду.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении экологической эффективности работы установки высокотемпературного уничтожения отходов путем организации системы автоматизированного управления в виде двухуровневой системы технологического и экологического контроля и управления, которые обеспечивают возможность оптимизации экологических показателей, уменьшение степени воздействия на окружающую среду за счет повышения эффективности и качества процесса разложения отходов и процедур очистки дымовых газов по результатам контроля экологически важных параметров.
Для получения указанного технического результата в установке для высокотемпературного уничтожения отходов, содержащей устройство загрузки, рабочую камеру, состоящую из камеры сжигания и камеры дожигания, систему газоочистки, включающую теплообменник, циклон и скруббер, систему удаления продуктов сгорания, включающую дымосос и дымовую трубу, а также систему автоматизированного управления с датчиками измерений и исполнительными элементами, система автоматизированного управления содержит четыре блока контроля и управления и блок контроля экологических параметров с возможностью вывода результатов контроля на ЭВМ, а также систему пробоподготовки и газоанализатор, при этом первый вход первого блока контроля и управления соединен с датчиком температуры в камере сжигания, а второй вход первого блока контроля и управления - с датчиком температуры в дымососе, первый выход первого блока контроля и управления соединен с исполнительным элементом управления загрузкой отходов в устройстве загрузки, а второй и третий выходы первого блока контроля и управления соединены с исполнительными элементами управления подачей соответственно воздуха и топлива в камере сжигания, вход второго блока контроля и управления соединен с датчиком температуры в камере дожигания, а выход второго блока контроля и управления соединен с исполнительным элементом управления подачей топлива в камеру дожигания, вход третьего блока контроля и управления соединен с датчиком измерения показателя разрежения в камере сжигания, а выход - с исполнительным элементом управления скоростью вращения дымососа, вход и выход четвертого блока контроля и управления соединены соответственно с датчиком уровня кислотности и исполнительным элементом управления уровнем кислотности в скруббере системы газоочистки, при этом первый, второй, третий и четвертый блоки контроля и управления соединены с помощью последовательного сетевого интерфейса с блоком контроля экологических параметров, выход которого соединен с системой пробоподготовки, второй вход которой соединен с дымовой трубой системы удаления продуктов сгорания, а выход - с газоанализатором, соединенным с помощью последовательного интерфейса с блоком контроля экологических параметров.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1, на которой изображена функциональная схема установки для высокотемпературного уничтожения отходов.
Установка для высокотемпературного уничтожения отходов (фиг.1) состоит из устройства загрузки 1, рабочей камеры 2, состоящей из камеры сжигания 3 и камеры дожигания 4, системы газоочистки 5, включающей теплообменник 6, циклон 7 и скруббер 8, системы удаления продуктов сгорания 9, включающей дымосос 10 и дымовую трубу 11, а также системы автоматизированного управления 12.
Система автоматизированного управления 12 содержит датчики измерений 13-17, исполнительные элементы управления 18-23, первый 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 блоки контроля и управления и блок контроля экологических параметров 28 с выходом на ЭВМ 31, а также систему пробоподготовки 29 и газоанализатор 30, при этом первый вход первого блока контроля и управления 24 соединен с датчиком температуры 13 в камере сжигания 3, а второй вход первого блока контроля и управления 24 - с датчиком температуры 17 в дымососе 10, первый выход первого блока контроля и управления 24 соединен с исполнительным элементом управления загрузкой отходов 18 в устройстве загрузки 1, а второй и третий выходы первого блока контроля и управления 24 соединены с исполнительными элементами управления подачей соответственно воздуха 19 и топлива 20 в камере сжигания 3, вход второго блока контроля и управления 25 соединен с датчиком температуры 15 в камере дожигания 4, а выход второго блока контроля и управления 25 соединен с исполнительным элементом управления подачей топлива 21 в камеру дожигания 4, вход третьего блока контроля и управления 26 соединен с датчиком измерения показателя разрежения 14 в камере сжигания 3, а выход - с исполнительным элементом управления скоростью вращения 23 дымососа 10, вход и выход четвертого блока контроля и управления 27 соединены соответственно с датчиком уровня кислотности 16 и исполнительным элементом управления уровнем кислотности 22 в скруббере 8 системы газоочистки 5, при этом первый 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 блоки контроля и управления соединены с помощью последовательного сетевого интерфейса с блоком контроля экологических параметров 28, выход которого соединен с системой пробоподготовки 29, второй вход которой соединен с дымовой трубой 11 системы удаления продуктов сгорания, а выход - с газоанализатором 30, соединенным с помощью последовательного интерфейса с блоком контроля экологических параметров 28.
При включении установки система автоматизированного управления 12 осуществляет следующие функции:
O
- управление загрузкой отходов (CV, кг/час) с помощью первого блока контроля и управления 24 посредством исполнительного элемента 18;
T
3
- получение от датчика 13 результатов контрольных измерений значения температуры в камере сжигания (T1, °С) и управление подачей топлива в камере сжигания (CV1, м/час - топливо-газ, кг/час - дизельное топливо) с помощью первого блока контроля и управления 24 посредством исполнительного элемента 20;
- получение от датчика 14 результатов контрольных измерений показателя разрежения воздуха в камере сжигания (R, мм вод. ст.) с помощью третьего блока контроля и управления 26;
T
3
- получение от датчика 15 результатов контрольных измерений значения температуры в камере дожигания (T2, °С) и управление подачей топлива в камере дожигания (CV2, м/час или кг/час) с помощью второго блока контроля и управления 25 посредством исполнительного элемента 21;
- получение от датчика 16 результатов контрольных измерений значения уровня кислотности этапа очистки дымовых газов технологического процесса (Ph) и управление уровнем кислотности (CPh) с помощью четвертого блока контроля и управления 27 посредством исполнительного элемента 22;
B
3
- получение от датчика 17 результатов контрольных измерений значения температуры выбрасываемых в атмосферу дымовых газов (Т3,°С) и управление подачей воздуха в камеру сжигания (CV, м/час или кг/час) с помощью первого блока контроля и управления 24 посредством исполнительного элемента 19;
Д
- управление скоростью вращения дымососа (CV, об/мин) с помощью третьего блока контроля и управления 26 посредством исполнительного элемента 23.
Блоки контроля и управления 25-27 построены на базе программируемых контроллеров-регуляторов и соединены в локальную сеть, построенную на базе интерфейса RS-485, которой управляет блок контроля экологических параметров 28, также выполненный на базе программируемого контроллера.
Блок контроля экологических параметров 28 выполняет следующие функции:
2
2
2
3
- получение текущих результатов контрольных измерений значения концентрации выбрасываемых в атмосферный воздух газов - Ci (СО, СО, NO, SO, О, мг/м) от газоанализатора 30;
- анализ на допустимые отклонения контролируемых параметров и выработку сигнала предупреждения аварийной ситуации;
- отключение системы пробоподготовки 29 и газоанализатора 30 в аварийной ситуации;
- обработку результатов измерений, протоколирование и архивирование;
- обмен результатами контроля и управляющей информацией с ЭВМ 31.
Система автоматизированного управления 12 переходит в режим аварийной работы, если заданные параметры технологического процесса вышли за определенный пределы, т.е. произошло отклонение технологического процесса от нормального режима. При этом в протокол заносится признак аварийной ситуации. Система также отрабатывает аварийный режим в случае пропадания питающего напряжения, регистрируя экологически важные параметры технологического процесса. Для обеспечения работы системы контроля в этом случае может быть использован блок бесперебойного электропитания.
Достоверность оценки степени воздействия технологического процесса на окружающую природную среду - расчета массы выброса контролируемых газов в атмосферный воздух и расчета приземной концентрации выбрасываемых газов определяется метрологическими характеристиками средств измерения, реализацией вычислительных процедур и адекватностью используемых моделей.
Оценка массы выброса связана с контролируемыми параметрами
i
i
д
i
т
М=F(С, V, D, К, К) (г/с),
i
д
i
т
где С - измеренная газоанализатором концентрация контролируемого газа, V - скорость выхода дымового газа из трубы, D - диаметр трубы. К - коэффициент пересчета результатов измерений к массе выбрасываемого газа, К - коэффициент приведения условий расчета к нормальным условиям.
Оценка приземной концентрации газа рассчитывается в условиях максимального воздействия выбрасываемых газов на окружающую природную среду
пр
д
в
i
3
С(x,y,z)=F(V, Н, D, V, М, Тд) (г/м),
пр
д
в
д
где С - приземная концентрация газа, V - скорость выхода дымового газа из трубы, Н - высота трубы, D - диаметр трубы, V - скорость ветра, Т - температура дымового газа.
Прогнозирование воздействия технологического процесса на окружающую природную среду связано с контролем и прогнозированием выброса вредных веществ в атмосферный воздух. Так как концентрация вредных веществ в дымовых газах зависит от параметров технологического процесса, качества его протекания, установление этих зависимостей обеспечивает предупреждение предотвращения воздействия.
Концентрация вредных веществ в дымовых газах зависит от температуры в особо важных точках технологического процесса, скорости движения газовых потоков, а также степени очистки
i
C=R(T1, T2, T3, p, Ph).
Учет указанных зависимостей и анализ метрологических характеристик проводимых измерений и вычислений позволяет определить достоверность прогноза и оценки степени воздействия технологического процесса на окружающую природную среду.
Установление зависимостей позволяет повысить качество управления технологическим процессом, предотвратить воздействие технологического процесса на окружающую среду, реализовать алгоритмы управления в зависимости от типа отходов.