УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам уничтожения и утилизации отходов, в частности, к устройствам переработки токсичных и высокотоксичных отходов, и может быть использована в различных областях народного хозяйства.
Известны и широко применяются печи сжигания отходов, в частности, на мусоросжигательных заводах (Рекомендации по проектированию и эксплуатации заводов по сжиганию ТБО. Министерство ЖКХ РСФСР, Академия коммунального хозяйства им. К.Д.Памфилова, Москва, 1987, 74 с.). Сжигание мусора по традиционной технологии осуществляется при температуре порядка 800°С, следствием чего могут быть выбросы в атмосферу ряда опасных веществ, в том числе высокотоксичных диоксинов и фуранов, а в твердых отходах, наряду с указанными веществами, обнаруживаются разнообразные продукты недожога и тяжелые металлы, попадающие в почву и грунтовые воды и отравляющие их. Одним из важнейших факторов интенсификации процессов обеззараживания при сжигании отходов является температура, уровень которой должен составлять 1100-1200°С и выше в соответствии с Отечественными строительными нормами и правилами устройства полигонов и установок уничтожения и захоронения отходов (СНИП) и нормами Европейской комиссии для сжигания органических материалов, содержащих хлор. По этой причине для сжигания токсичных отходов в США и Западной Европе используются, например, высокотемпературные вращающиеся печи. Газовые выбросы проходят тщательную очистку, но зола и шлаки, удаляемые на захоронение, представляют угрозу окружающей среде из-за содержания опасных веществ. Вывод шлака, осуществляемый при высокой температуре в жидкой фазе, в том
числе после плазменного переплава золы и шлака (Богоявленский Р.Г., Гнедюк М.М., Сурис Л.А., Хмелик Л.А., Завод плазменного пиролиза и остекловывания бытовых и промышленных отходов. Известия Академии промышленной экологии, 1999 г., №1, с.63-68.) позволяет получать твердые отходы сжигания остеклованными, что препятствует последующему их выщелачиванию грунтовыми водами, и во многих случаях дает возможность использования при землеустроительных работах вместо дорогого захоронения на специальных полигонах.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является высокотемпературная печь с жидким шлакоудалением (Стырикович М.А., Катковская К.Я., Серов Е.П. Котельные агрегаты. Госэнергоиздат, Москва, 1959, с.с.139-145, прототип), которая имеет системы подачи горючей массы и окислителя в печное пространство, устройство слива жидкого шлака из горячей части печи в шлакосборник, тракт вывода продуктов горения в систему охлаждения и утилизации тепла, систему очистки выхлопных газов от вредных газообразных компонентов и пыли, после чего газы через дымосос сбрасываются в дымовую трубу. Проблемы вывода шлака из печи сжигания токсичных отходов, не решаемые известными способами, состоят, однако, в том, что во избежание опасных газовых выбросов через возможные неплотности рабочего тракта, давление в нем необходимо поддерживать ниже атмосферного, и еще более низким оно должно быть в системе удаления шлака, чтобы поддерживать горячим канал отвода шлака за счет постоянной прокачки через него части горячих продуктов горения. Но, используя систему дополнительной откачки, эти газы нельзя сбрасывать ни в окружающую среду, ни непосредственно на вход системы очистки продуктов сгорания, поскольку они не прошли весь цикл обезвреживания. В этих газах вероятно присутствие остывающих мельчайших капель абразивного шлака, и велика опасность большой концентрации уничтожаемого токсичного вещества, что сделало бы уязвимой механическую часть системы откачки и опасным ее обслуживание. Перечисленные обстоятельства представляются существенным недостатком
технического решения, взятого за прототип.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу безопасного удаления шлака из рабочего пространства печи в расплаве в шлакосборник при температуре, достаточной и для разрушения остатков диоксиноподобных и других опасных веществ, и для остеклования шлака. Она обеспечивает безопасную работу устройства при субатмосферном давлении в тракте переработки при использовании эксгаустера на выходе, что исключает потенциальную опасность утечек токсичных веществ через возможные неплотности в тракте переработки, до полного ее завершения, для персонала и окружающей среды. Она возвращает газы, выводимые через канал вывода шлака для поддержания его горячим, в печь на переработку.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что устройство для термической переработки токсичных отходов, содержащее высокотемпературную печь, систему подачи отходов в рабочее пространство печи, устройство дополнительного нагрева печи за счет сжигания вспомогательного топлива или за счет электрической дуги, систему подачи окислителя в рабочее пространство печи, систему жидкого шлакоудаления из рабочего пространства печи через отверстие в ее донной части для вывода шлака в шлакосборник, дополнительно содержит систему отвода части горячих газов из рабочего пространства печи через указанное отверстие вывода шлака для поддержания канала вывода шлака постоянно горячим, при этом система удаления этой части газообразных продуктов сгорания содержит эжектор с подводом к нему окислительного газа высокого давления в качестве эжектирующей среды и отводом полученной на выходе эжектора смеси газов в систему подачи окислителя в рабочее пространство печи.
Схематически предлагаемое устройство для термической переработки токсичных отходов представлено на фиг.1. Система подачи токсичных отходов в печь 1 на сжигание или переработку, если не предусмотрено их прямое сжигание, показана позицией 2 на фиг.1. Позицией 3 показана система подачи в печь окислителя, например, воздуха на горение отходов, или
частичное окисление, если термическая переработка предусматривает конверсию горючих компонентов отходов на синтез-газ. 1 это собственно печь, или реактор, то есть рабочее пространство, в котором осуществляется высокотемпературное сжигание, или окисление токсичных отходов. 4 это отверстие, или канал для удаления шлака в поду печи, а также канал вывода части горячих газов. 5 это шлакосборник, устройство накопления шлака в расплаве или в затвердевающей форме, что определяется условиями его охлаждения. Эжектор 6 подключен к верхней части пространства шлакосборника. Эжектирующий газ высокого давления, в частности, воздух, подается в эжектор 6 из системы обеспечения 7, например, компрессора высокого давления с ресивером. Как показано на фиг.1, линия вывода газовой смеси из эжектора подключена к линии подачи окислителя в печь. Таким образом, замыкается на рабочее пространство печи линия вывода газов через канал шлакосборника. Из печи, как и в традиционных случаях, газообразные продукты реакции окисления поступают в системы 8 охлаждения, очистки и выхлопа.
Устройство работает следующим образом. Подготовленные к уничтожению сжиганием или к высокотемпературной термической переработке отходы из системы подачи 2 вводятся в печь 1, где для обеспечения должного уровня температуры может также использоваться дополнительное высококалорийное топливо или электрический, например, дуговой подогрев. Система подачи окислителя 3 в печь обеспечивает горение или необходимую степень окисления отходов в печи 1. Шлак, который образуется при горении отходов за счет минеральных включений или при введении специальных щелочных и щелочноземельных добавок в отходы для связывания образующихся при горении вредных и разрушающих соединений серы, хлора, фтора, выводится через отверстие 4 в донной части печи по каналу в шлакоприемник или сборник шлака 5. В зависимости от степени термоизоляции этого устройства шлак может в дальнейшем удаляться, например, периодически, в застывшем виде или, на грануляцию, - в жидком.
Эжектор 6 удаляет газы из верхней части шлакосборника, поступающие из печи по каналу вывода шлака, с целью поддержания здесь температуры выше температуры плавления шлака. В качестве эжектирующего газа используется окислитель, например, воздух высокого давления от отдельного компрессора 7, возможно, используемый в распылительных форсунках для ввода в печь дополнительного горючего и(или) жидких токсичных отходов. Газовая смесь, образующаяся на выходе эжектора, преимущественно состоящая из окислителя, при давлении, соответствующем давлению окислителя на выходе системы подачи 2 в печь, смешивается с последним при вводе в печь. Этим замыкается на сжигание петля потенциально опасного газа, выводимого через канал вывода шлака.