УСТАНОВКА СЖИГАНИЯ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к средствам защиты окружающей среды, более конкретно, к установкам сжигания токсичных элементоорганических отходов и отходов, содержащих указанные вредные вещества. Полезная модель может найти применение для уничтожения отходов производства продуктов органической химии и произведенных изделий и материалов, непригодных к дальнейшему использованию, в частности, запрещенных к применению пестицидов, трансформаторного и конденсаторного масла и т.д., а также потенциально инфицированных медицинских отходов, и в других случаях, когда необходима высокая степень надежного разрушения токсичного агента до безопасных для окружающей среды и здоровья человека форм. Полезная модель может быть использована при создании как стационарных установок различной производительности, так и мобильных.
Известны установки сжигания токсичных веществ в высокотемпературном факеле горения вспомогательного топлива, в частности, в камере ЖРД, содержащие системы подачи топлива в смеси с токсичным агентом, и окислителя, а также блок охлаждения реакционных газов и блок очистки выхлопа (Основные принципы экологически чистых технологий уничтожения токсичных агентов при горении, Платэ Н.А., Колбановский Ю.А. Химия в интересах устойчивого развития, 8, 2000, с.567-577). Их недостатком является необходимость применения дорогих топливных компонентов, способных создать необходимую температуру в смеси с отходами, и повышенный расход реакционных газов в системе очистки за счет продуктов горения вспомогательного топлива, что усложняет и удорожает газоочистку.
Наиболее близкой по назначению и методу воздействия на токсичный агент к предлагаемой полезной модели является установка плазменного сжигания опасных отходов при высокой температуре, получаемой в реакционной камере за счет вводимой плазменной струи, содержащая
3
высокотемпературную реакционную камеру, системы подачи отходов и окислителя, и последующие блоки охлаждения и очистки выхлопных газов, и дополнительно - плазмотрон, генерирующий струю плазмы с температурой порядка 5-8×10 К на основе таких плазмообразующих газов, как аргон, азот, реже - водород. (Плазменные технологии разрушения ПХБ, Е.Рэ, с.78-80, в сб. Технологии переработки и уничтожения ПХБ и устаревших пестицидов, материалы субрегионального совещания экспертов, Голицино, Моск.обл., 6-9 июля 1999 г. Центр международных проектов ГКРФ по охране окружающей среды, 242 с., - прототип). Плазмотрон, применяемый в установках такого типа, является элементом наиболее уязвимым, так как он работает в максимально напряженных термических условиях и при высокой нагрузке по электрическому току. Инертный газ, интенсивно потребляемый плазмотроном, выполняет функции защитной среды от термохимической и электрической эрозии, и, одновременно, он играет роль теплоносителя, передавая в струе вытекающей из сопла плазмы энергию, получаемую в дуговом разряде в защищенной полости плазмотрона. Как правило, за счет тепловых потерь на интенсивно охлаждаемых элементах конструкции плазмотрона теряется от 20 до 50% подводимой к плазмотрону электрической энергии, а также не используется в технологическом процессе та часть энергии плазмы, которая теряется с уходящими из реакционной камеры газами.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу повышения энергетической эффективности установки сжигания токсичных отходов за счет непосредственной передачи энергии дугового разряда в реакционную камеру и отказа от использования плазмотрона и теплоносителя.
Поставленная техническая задача решается тем, что в установке сжигания токсичных отходов, содержащей реакционную камеру, электродуговой нагреватель с источником электропитания, а также системы охлаждения и очистки выхлопных газов, реакционная камера состоит из двух секций, первая секция содержит инжекторы отходов и окислителя, и электродуговой
нагреватель, выполненный в виде подового и верхнего дуговых электродов, вторая секция содержит инжектор окислителя.
2
Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что узел термического разрушения токсичных отходов выполняется из двух секций. В первой секции, или камере конверсии, куда вводятся отходы и часть необходимого для сжигания окислителя, осуществляется непосредственный электрический разряд в рабочей среде между дуговыми плазмообразующими электродами, один из которых - подовый с расплавом металла и шлака, а второй дуговой электрод любого известного типа, служащий только для ввода тока в камеру. За счет химической энергии частичного окисления органических компонентов отходов и подводимой в дуговом разряде электрической мощности при высокой рабочей температуре из горючих отходов получается газовая смесь с высоким содержанием СО и Н. Восстановительная атмосфера среды препятствует образованию окислов азота. Температура процесса поддерживается на уровне, не ниже установленного Российскими и Европейскими стандартами для сжигания опасных отходов. Реакционные газы затем поступают в следующую секцию - камеру дожигания, куда тонкими струйками инжектируется недостающий для полного сжигания окислитель. Этот процесс тождественен микрофакельному горению, характеризующемуся минимальной генерацией оксидов азота. Суммарное время выдержки при высокой температуре выбирается в соответствии с упомянутыми нормативами. В продукты сгорания отходов практически не вносится балластных газов, благодаря двухстадийному сжиганию минимизируется содержание оксидов азота, примеси типа тяжелых металлов остекловываются в жидком шлаке в поду камеры с плазмообразующим разрядом, и они не выщелачиваются впоследствии грунтовыми водами. В системе очистки выхлопных газов может быть применена горячая очистка от газообразных окислов серы, хлора, фтора, фосфора, или обычная очистка, а также утилизировано тепло отходящих газов.
Установка сжигания токсичных отходов содержит реакционную камеру,
состоящую из первой секции 1 и второй секции 2, в первой секции 1 установлены верхний дуговой электрод 3 и подовый электрод 4, подключенные к источнику электропитания 5, в первую секцию 1 через инжекторы 6 и 7 соответственно подаются из резервуаров 8 и 9 отходы и окислитель, и во вторую секцию 2 через инжектор 10 из резервуара 9 подается окислитель, секция 2 подключена к системам охлаждения и очистки газов 11.
2
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. В секцию 1 реакционной камеры, предварительно разогретой дуговым разрядом между электродами 3 и 4, подключенными к источнику электропитания 5, до рабочей температуры порядка и выше 1200°С, подаются токсичные отходы из резервуара 8 через инжектор 6, и одновременно в эту секцию из резервуара 9 через инжектор 7 подается окислитель в количестве ниже стехиометрического, тогда как дополнительный окислитель подается в секцию 2 реакционной камеры из резервуара 9 через инжектор 10 в количестве, обеспечивающем в сумме стехиометрическое соотношение для полного сгорания отходов, или несколько выше стехиометрического. Устройства ввода отходов 6 и окислителя 7 в секцию 1 реакционной камеры могут быть конструктивно выполнены в виде единого сопла-распылителя. В секции 1, выполняющей роль камеры конверсии, куда вводятся отходы и часть необходимого для сжигания окислителя, за счет химической энергии частичного окисления органических компонентов отходов и подводимой в дуговом разряде электрической мощности при высокой рабочей температуре из горючего сырья получается газовая смесь с высоким содержанием СО и Н. Восстановительная атмосфера среды препятствует образованию окислов азота. Реакционные газы затем поступают в секцию 2 реакционной камеры, выполняющую роль камеры дожигания за счет инжекции окислителя, недостающего для полного сжигания отходов. Затем реакционные газы поступают в системы 11 охлаждения и очистки, после чего выхлопные газы удаляются из установки либо непосредственно, либо используется дымосос.