УСТАНОВКА ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОТХОДОВ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для переработки бытовых и других горючих отходов и может быть использована для сжигания отходов, производимых населением, предприятиями общественного питания, пассажирами и экипажами транспортных средств, торговыми организациями и многими производственными предприятиями различных отраслей промышленности.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели техническим решением является установка для термокаталитического обезвреживания муниципальных отходов с утилизацией вторичных ресурсов, представляющая собой установку для сжигания твердых бытовых отходов, включающую бункер с загрузочным устройством, вращающуюся печь с топливосжигающим устройством, камеру дожигания с встроенной в ее свод форсункой впрыска щелочного раствора, котел-утилизатор, рекуператор, блок утилизации тепла, рукавный фильтр, инерционно-вихревой пылеуловитель, каталитический преобразователь, систему подачи топлива, сжатого воздуха, химикатов и воды, и дымовую трубу (см. пат. UA № 3529, М. кл. F23G 5/00, 2004).
Недостатками этой известной установки являются высокий пылеунос из вращающейся печи и повышенное содержание в дымовых газах экологически опасных веществ с высокотоксичным и канцерогенным действием.
В основу заявляемой полезной модели поставлена задача создания установки термокаталитического обезвреживания твердых бытовых отходов, в которой путем достижения высокой степени очистки дымовых газов от пыли и высокой эффективности обезвреживания высокотоксичных газов, в том числе канцерогенного действия, за счет использования в ней термокаталитических преобразователей и адсорбционного пылеулавливания обеспечивается содержание вредных примесей в дымовых газах ниже норм, соответствующих экологическим нормативам Украины и Евросоюза по нормируемым выбросам.
Поставленная задача решается тем, что в установку термокаталитического обезвреживания муниципальных отходов с утилизацией вторичных ресурсов, содержащую бункер с загрузочным устройством, вращающуюся печь с топливосжигающим устройством, камеру дожигания с встроенной в ее свод форсункой впрыска щелочного раствора, котел-утилизатор, рекуператор, блок утилизации тепла, рукавный фильтр, инерционно-вихревой пылеуловитель, каталитический преобразователь, системы подачи топлива, сжатого воздуха, химикатов и воды, и дымовую трубу, согласно заявляемой полезной модели, введен адсорбционный угольный фильтр, установленный после рукавного фильтра, при этом каталитический преобразователь выполнен в виде каталитического секционного модуля, установленного на тракте дымовых газов между инерционно-вихревым пылеуловителем и блоком утилизации тепла, котел-утилизатор выполнен с размещением в его рабочем пространстве каталитических преобразователей, рекуператор выполнен с обтекаемыми иглами на воздушной стороне и с гладкой поверхностью на стороне высокотемпературных дымовых газов, а в стенке нижней части камеры дожигания встроена горелка, направленная навстречу каналу для потока дымовых газов из вращающей печи.
Поставленная задача решается также тем, что на огнеупорную поверхность камеры дожигания нанесен каталитический преобразователь в виде эрозионно устойчивого покрытия пористой структуры.
Поставленная задача решается также тем, что каталитические преобразователи в котле-утилизаторе имеют геометрически развитые формы.
Поставленная задача решается также тем, что каталитический секционный модуль состоит из двух секций, в одной из которых установлены керамические преобразователи в форме полых цилиндров или пластин, а вторая представляет собой насыпной слой каталитического преобразователя.
Конкретный пример выполнения заявляемой полезной модели поясняется фигурой чертежа, на которой приведена функциональная схема предлагаемой установки термокаталитического обезвреживания муниципальных отходов с утилизацией вторичных ресурсов.
Установка термокаталитического обезвреживания муниципальных отходов с утилизацией вторичных ресурсов включает бункер 1, загрузочное устройство 2, вращающуюся печь 3. На загрузочном торце печи 3 установлены горелка 4 и сопло 5. Воздух к горелке 4 и соплу 5 подается через дроссели 6 и 7, снабженными приводами. Система подачи топлива к горелке 4 имеет известное исполнение и на фигуре чертежа не приведена. На тракте отвода дыма от вращающейся печи 3 последовательно размещены камера 8 дожигания, котел-утилизатор 9 с испарительными поверхностями нагрева, связанными циркуляционными трубопроводами 10 с сепарационным устройством 11, имеющим паропровод 12, ведущий к потребителю.
В дымоходе за котлом-утилизатором 9 установлен дроссель 13 с приводом, затем следуют инерционно-вихревой пылеуловитель 14, каталитический секционный модуль 15 и блок 16 утилизации тепла, состоящий из нескольких рекуператоров 17 и экономайзера 18. За блоком 16 утилизации тепла размещены рукавный фильтр 19, адсорбционный фильтр 20, дымососное устройство 21 и дымовая труба 22.
Блок 16 утилизации тепла соединен воздухопроводом 23 горячего дутья с дросселями 6 и 7 и далее с горелкой 4 и соплом 5 соответственно, а также с горелкой 24, установленной в нижней части камеры 8 дожигания. Система подачи топлива к горелке 24 имеет известное исполнение и на чертеже не приведена.
По трубопроводам 25 и 26 щелочной раствор, приготовленный известным способом, подается к форсункам 27 и 28, встроенным в камеру 8 дожигания и дымоход соответственно за каталитическим секционным модулем 15.
Перед рукавным фильтром 19 в дымоход встроен воздухопровод 29 с дросселем 30. К рекуператору 17 подключен воздухопровод 31 с вентилятором 32.
На огнеупорную поверхность камеры 8 дожигания нанесен каталитический преобразователь в виде эрозионно устойчивого покрытия 33 пористой структуры. В объем котла-утилизатора 9 введены каталитические преобразователи 34 с развитой геометрической формой.
Работает установка следующим образом.
Разогревают вращающуюся печь 3 до температуры в камере 8 дожигания 500-700°С жидким топливом с помощью горелки 4. Топливо поступает в горелку 4 по трубопроводу, имеющему запорную и регулирующую арматуру (на чертеже не приведено). Воздух поступает в горелку 4 по воздухопроводу 23 горячего дутья, который имеет регулирующий дроссель 6, а для горения отходов - в воздушное сопло 5, имеющее регулирующий дроссель 7. Заблаговременно отсортированными отходами (удаление металла, стекла, пластмассы и др.) заполняют загрузочный бункер 1. После достижения заданной температуры в камере 8 дожигания включаются привод вращения печи 3, дымосос 21, подача щелочного раствора форсунками 27 и 28 и все системы автоматического регулирования. После этого начинается загрузка отходов в печь 3 из бункера 1 с помощью гидравлического загрузочного устройства 2. Количество загрузок печи 3 в единицу времени и число ее оборотов в минуту регулируются с пульта управления.
Во время работы печи 3 в камере 8 дожигания и котле-утилизаторе 9 эффективные температуры процесса обезвреживания дымовых газов находятся в интервале температур от 850°С до 1300°С и зависит от состава отходов. При рабочих температурах 850-900°С подавляющее большинство органических соединений становятся термически нестойкими, при рабочих температурах 1000-1300°С термически обезвреживаются отходы, содержащие циклические хлорорганические соединения, полимеры и т.п.
Стабильное поддержание рабочих температур дымовых газов в камере 8 и котле-утилизаторе 9 в диапазоне 850-1300°С обеспечивается тем, что в нижней части камеры 8 дожигания используется горелка 24 для сжигания топлива в смеси с воздухом, нагретым в блоке 16 утилизации тепла, а тепловой баланс улучшается за счет существенного уменьшения теплоотдачи наружной поверхностью камеры 8 благодаря теплоизоляции ее стенок. Взаимодействие печных газов с высокотемпературным факелом во встречных потоках происходит с интенсивным перемешиванием, сопровождающимся интенсивным теплообменом. При этом в рабочем пространстве камеры 8 дожигания поддерживается высокая температура, необходимая для протекания реакций термической диссоциации.
Размещение каталитических преобразователей 33 в камере 8 дожигания и преобразователей 34 в котле-утилизаторе как в элементах установки с наибольшими объемами рабочего пространства позволяет увеличить время контакта отходящих газов с катализаторами для ускорения процессов их обезвреживания.
Из камеры 8 дожигания дым проходит через испарительные поверхности котла-утилизатора 9, охлаждаясь до температуры 500-550°С, и с этой температурой по дымоходу, в котором установлен дроссель 13 с приводом, поступает в инерционно-вихревой пылеуловитель 14 и далее в каталитический секционный модуль 15. Дроссель 13 в дымоходе поддерживает заданное разрежение в камере 8 дожигания и во вращающейся печи 3. В инерционно-вихревом пылеуловителе 14 дымовые газы очищаются от сажи и крупных фракций пыли. В каталитическом секционном модуле 15 окисляются остатки органических вредностей, одновременно восстанавливается до газообразного азота часть оксидов азота. Каталитические реакторы в аппарате 15 оснащены системой импульсной регенерации (очищение от осевшей пыли) с помощью сжатого воздуха.
Дым из каталитического секционного модуля 15 поступает в блок 16 утилизации тепла, где последовательно, по ходу дыма, расположено несколько блоков рекуператора 17 и экономайзер 18. В рекуператор 17 по воздухопроводу 31 вентилятором 32 закачивается воздух. Нагретый в рекуператоре 17 до температуры 350-400°С воздух по воздухопроводу 23 горячего дутья подается в горелку 4 и сопло 5 и сжигается в печи 3. По воздухопроводу 23 горячий воздух от рекуператора 17 подается также к горелке 24, установленной в нижней части камеры 8 дожигания.
Наличие игл на внутренней поверхности рекуператора 17 дает значительное увеличение фактической поверхности нагрева и вызывает турбулизацию воздушного потока. Вследствие этого существенно возрастает интенсивность конвективного теплообмена между трубой рекуператора и нагреваемым воздушным потоком. При этом действие высоких температур отходящих газов локализуется в самом рекуператоре в виде дополнительного количества тепла, возвращаемого обратно в технологический процесс сжигания твердых бытовых отходов. Это позволяет избежать перегрева металлических труб установки и прогара рукавного фильтра, работающего при температуре очищаемых газов до 130°С.
Охлажденный в блоке 16 утилизации тепла до температуры 180-200°С дым разбавляется воздухом, который подают в дымоход перед рукавным фильтром 19 по воздухопроводу 29 с дросселем 30. При этом температура дыма снижается до 130-135°С, и в рукавном фильтре 19 он очищается от пыли. Высокоэффективная очистка дымовых газов от пыли в заявляемой установке обеспечивается применением многоступенчатой системы пылеулавливания, включающей инерционно-вихревой пылеуловитель 14, рукавный фильтр 19 и адсорбционный фильтр 20.
Очищенные от пыли дымовые газы после рукавного фильтра 19 поступают в адсорбционный фильтр 20, где осуществляется последняя стадия обезвреживания содержащихся в них высокотоксичных и канцерогенных веществ. Адсорбционный угольный фильтр 20 как очистной аппарат для решения задачи высокоэффективного улавливания возгонов тяжелых металлов (свинца, мышьяка, кадмия, ртути и т.п.), имеющих высокую дисперсность (размер частиц менее 1 мкм) обладает набором важных характеристик, таких как высокая адсорбционная способность, развитая поверхность осаждения и др.
Очищенные от органических веществ и тяжелых металлов дымовые газы с помощью дымососа 21 через дымовую трубу 22 выбрасываются в атмосферу.
Питательная вода подогревается до температуры 130-145°С в экономайзере 18 блока 16 утилизации тепла и поступает в сепарационное устройство 11 котла-утилизатора 9, который имеет уравнительный сосуд и два циклона. Из циклонов вода по трубопроводам 10 поступает в нижние коллекторы испарительных поверхностей котла-утилизатора 9, а пароводяная смесь из верхних коллекторов направляется в циклоны. Пар по паропроводу 12 поступает в пароводяной циркуляционный контур, приводя в действие паровую турбину, вырабатывающую электроэнергию (на чертеже не показано). Расширенный пар частично используется для горячего водоснабжения и теплообеспечения, а остальной пар конденсируется и возвращается в контур котла-утилизатора 9.
Использование в заявляемой установке технических средств для высокой степени очистки дымовых газов от пыли и высокой эффективности обезвреживания высокотоксичных газов обеспечило достижение технического результата - снижения содержания вредных примесей в отходящих газов ниже норм, предусмотренных экологическими стандартами Украины и Евросоюза по всем нормируемым выбросам в атмосферу.