ПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО УНИЧТОЖЕНИЯ ЯДОХИМИКАТОВ
SMELTING FURNACE FOR THERMAL DESTRUCTION OF PESTICIDES

Изобретение относится к области утилизации твердых специфических отходов путем сжигания и может быть использовано для уничтожения непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ.
8
Наиболее близкой по совокупности признаков к заявляемому изобретению является выбранная в качестве прототипа плавильная печь для обезвреживания токсичных веществ. Плавильная печь содержит замкнутый термостойкий корпус, полость которого разделена на соединенные плавильную камеру и камеру пиролиза веществ, которые обезвреживаются в расплаве пригодного минерального или искусственного минералоподобного материала. Также печь содержит, по меньшей мере, одно средство для загрузки в печь минеральной основы для формирования расплава и обезвреживаемых веществ, по меньшей мере, одну топливную газокислородную горелку, которая размещена в донной части плавильной камеры и которая является источником тепла для поддержания текучести указанного расплава, по меньшей мере, одну горелку для дожигания газообразных продуктов пиролиза, нижнюю летку с запирающим средством, расположенную в придонной части корпуса и предназначенную для удаления расплава из печи, и патрубок для выпуска продуктов сгорания в атмосферу. При этом плавильная печь оснащена вертикальной жаростойкой перегородкой, изготовленной из пригодного газонепроницаемого материала, жестко и герметически закрепленной относительно верхней части корпуса, а также оснащенной нижним окном и верхним окном для циркуляции расплава между плавильной камерой и камерой пиролиза. Указанная нижняя летка для удаления расплава из печи расположена в придонной зоне камеры пиролиза. Кроме того, камера пиролиза оснащена дополнительной верхней леткой с запирающим средством расположенной ниже нижней переливной кромки верхнего окна в вертикальной жаростойкой перегородке. Такая летка предназначена только для слива излишка расплава, который в стационарном режиме работы может формироваться в печи из минеральных примесей обезвреживаемого вещества. Средство загрузки минеральной основы для формирования расплава выполнено в виде загрузочного окна в крышке плавильной камеры, а для загрузки обезвреживаемых веществ предусмотрено отдельное средство, установленное в крышке камеры пиролиза (Патент Украины на полезную модель №16042, МПК F23G 7/00, опубл. 17.07.2006).
У заявляемого объекта и прототипа совпадают такие существенные признаки. Обе плавильные печи для термического уничтожения ядохимикатов содержат термостойкий футерованный корпус, в котором размещена камера пиролиза уничтожаемых в расплаве пригодного материала ядохимикатов, которая имеет загрузочное окно, топливную горелку, систему для перемешивания расплава, отводящий патрубок для выпуска продуктов сгорания и летку с запирающим средством.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины. Расположение летки для удаления расплава из печи в придонной зоне камеры пиролиза и расположение дополнительной верхней летки ниже нижней переливной кромки верхнего окна в вертикальной жаростойкой перегородке не позволяют обеспечить удаление только обезвреженного шлака по мере его накопления, а обеспечивает полное удаление расплава из печи или сливание излишка расплава, который в стационарном режиме работы может формироваться в печи из минеральных примесей в обезвреживаемом веществе, и может содержать не обезвреженные опасные вещества. Такие отходы создают довольно высокую экологическую опасность, так как из печи вместе с расплавом удаляются не полностью обезвреженные продукты распада, образовавшиеся при сжигании непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ. В ряде случаев продукты распада, образовавшиеся при сжигании непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ, вообще не создают с расплавом используемого минерального вещества безопасные инертные соединения. Через недостаточно высокую эффективность обезвреживания продуктов распада, образовавшихся при сжигании непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ, известная плавильная печь для обезвреживания токсичных веществ не обеспечивает достаточно высокую экологическую безопасность.
Кроме того, выполнение плавильной печи с отдельной плавильной камерой и отдельной камерой пиролиза, между которыми обеспечена циркуляция расплава и которые содержат средства для индивидуальной загрузки минеральной основы для формирования расплава и обезвреживаемых веществ в печь, усложняет конструкцию печи и обуславливает увеличение ее габаритов.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача создать такую плавильную печь для термического уничтожения ядохимикатов, в которой усовершенствования путем введения новых элементов позволяют при использовании изобретения обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности обезвреживания продуктов распада, которые образуются при сжигании непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ.
Плавильная печь для термического уничтожения ядохимикатов, заявляемая в качестве изобретения, содержит термостойкий футерованый корпус, в котором размещена камера пиролиза ядохимикатов, уничтожаемых в расплаве пригодного материала. Камера пиролиза имеет загрузочное окно для совместной загрузки материала для расплава и уничтожаемых ядохимикатов, горелку, систему для перемешивания расплава, отводящий патрубок для выпуска продуктов сгорания и летку для удаления обезвреженного шлака. Причем камера пиролиза разделена жаростойкой перегородкой на камеру для расплава и камеру для обезвреженного шлака, которая соединена с камерой для расплава. При этом летка с запирающим средством расположена в камере для обезвреженного шлака. Камера пиролиза выполнена в поперечном сечении в форме удлиненного прямоугольника. Загрузочное окно расположено сбоку корпуса на большей (удлиненной) стороне камеры пиролиза рядом с меньшей ее стороной. Камера для обезвреженного шлака расположена со стороны загрузочного окна в отдаленном от него углу камеры пиролиза. Летка в камере для обезвреженного шлака расположена на меньшей стороне камеры пиролиза. Горелка расположена в камере для расплава на той же стороне, что и летка в камере для обезвреженного шлака, практически на уровне летки. При этом горелка направлена в сторону загрузочного окна камеры пиролиза и расположена в горизонтальной плоскости под углом 60-80° относительно меньшей стороны камеры пиролиза.
В отдельном случае выполнения плавильной печи для термического уничтожения ядохимикатов площадь камеры для обезвреженного шлака составляет 0,1-0,2 площади камеры пиролиза.
При использовании изобретения обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности обезвреживания продуктов распада, которые образуются при сжигании непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ.
Кроме того, при использовании изобретения обеспечивается достижение дополнительного технического результата, заключающегося в упрощении конструкции плавильной печи для термического уничтожения ядохимикатов.
4
2
4
2
2
3
3
4
2
2
3
2
Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. В жидкой ванне из расплава пригодного материала, например каустической соды, органические соединения ядохимикатов распадаются и, в основном, сгорают, а неорганический наполнитель вступает в реакцию со щелочью и образует жидкий шлак. Значительная часть неорганических и кислых неорганических соединений, содержащих хлор, фосфор и серу, вступая в реакцию со щелочью, формируют инертные соединения типа NaCl, NaPO, NaSO, NaS, остаются в шлаке, который всплывает на поверхность расплава и после выдержки в печи не содержит растворимых соединений тяжелых металлов и неразложившихся ядохимикатов. Шлак из печи в жидком состоянии поступает в шлаковню, где кристаллизуется и охлаждается. Средний расчетный состав шлака таков: Na - 25%, NaCl - 4%, NaSO - 1,5%, NaРO - 1,5%, Si - 45%, АlО - 12%, КО - 3%, Са - 5%, Mg - 3%. Такой шлак относится к веществам четвертой категории вредности, которая позволяет вывозить его на близлежащие полигоны для захоронения или использовать в качестве заполнителя для бетона. Постоянное перемешивание расплава в камере для расплава и подача через соответствующее сопло горячего воздуха, нагретого до 350-400°С, обеспечивает поддержание горения ядохимикатов, интенсифицирует процесс их разложения и образование жидкого обезвреженного шлака. Выход такого шлака составляет 110-130% от веса ядохимикатов.
Разделение камеры пиролиза жаростойкой перегородкой, например, из хромоникелевой стали на камеру для расплава и камеру для обезвреженного шлака, соединенную с камерой для расплава, позволяет конструктивно просто концентрировать жидкий шлак в камере для обезвреженного шлака и выдерживать его там до полного обезвреживания. Так как в конструкции заявляемой печи отсутствуют средства принудительной циркуляции всего объема расплава между камерой для обезвреженного шлака и камерой для расплава, то стенки камеры для обезвреженного шлака предотвращают смешивание выдержанного верхнего слоя обезвреженного шлака с еще неразложившимися ядохимикатами на поверхности камеры для расплава и с периодически загружаемыми в камеру для расплава новыми порциями ядохимикатов. После необходимой выдержки в камере для обезвреженного шлака гарантировано обезвреженный шлак периодически через летку с запирающим средством удаляется из печи. Расположение летки в камере для обезвреженного шлака и оборудование летки запирающим средством, например вентилем, обеспечивает своевременное удаление заданного количества выдержанного на протяжении заданного времени обезвреженного шлака и поддержание заданного уровня расплава при общей периодической загрузке через загрузочное окно уничтожаемых ядохимикатов и щелочного реагента.
Выполнение камеры пиролиза в поперечном сечении в форме удлиненного прямоугольника, расположение загрузочного окна сбоку корпуса на большей (удлиненной) стороне камеры пиролиза рядом с меньшей ее стороной, расположение камеры для обезвреженного шлака со стороны загрузочного окна в отдаленном от него углу камеры пиролиза, расположение летки в камере для обезвреженного шлака на меньшей стороне камеры пиролиза, расположение топливной горелки в камере для расплава на той же стороне, что и летка в камере для обезвреженного шлака, практически на уровне летки, и ориентация при этом топливной горелки в сторону загрузочного окна камеры пиролиза позволяет конструктивно просто при минимальных размерах печи обеспечить эффективное сжигание каждой новой порции ядохимикатов при перемешивании расплава только в камере для расплава. При этом выдержанный и обезвреженный шлак накапливается в камере для обезвреженного шлака на максимальном отдалении от неразложившихся ядохимикатов и не смешивается с ними.
Расположение горелки в горизонтальной плоскости под углом, меньшим, чем 60°, или большим, чем 80°, относительно меньшей стороны камеры пиролиза снижает эффективность сжигания уничтожаемых ядохимикатов из-за недостаточно полного использования тепловой мощности топливной горелки.
Выполнение камеры для обезвреженного шлака с площадью, которая составляет меньше 0,1 площади камеры пиролиза, нецелесообразно, так как при этом объем слива гарантированно обезвреженного шлака будет меньше оптимального его объема, который, в частности, обусловлен заданной производительностью плавильной печи для термического уничтожения ядохимикатов.
Выполнение камеры для обезвреженного шлака с площадью, которая составляет больше 0,2 площади камеры пиролиза, приведет к уменьшению производительности печи, так как объем камеры для расплава, куда периодически загружают ядохимикаты на уничтожение, будет меньше оптимального ее объема, который, в частности, обусловлен заданной производительностью плавильной печи для термического уничтожения ядохимикатов.
Заявляемая плавильная печь для термического уничтожения ядохимикатов может быть компактно выполнена для размещения на специальной грузовой автомобильной платформе, которая обеспечивает транспортировку установки для термического уничтожения ядохимикатов непосредственно к месту накопления уничтожаемых ядохимикатов.
Суть изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фиг.1 - вертикальный разрез плавильной печи для термического уничтожения ядохимикатов;
- на фиг.2 - горизонтальный разрез плавильной печи для термического уничтожения ядохимикатов по А-А на фиг.1.
На чертежах проставлены следующие обозначения:
1 - корпус;
2 - камера пиролиза;
3 - загрузочное окно;
4 - горелка;
5 - система для перемешивания расплава;
6 - отводящий патрубок;
7 - летка;
8 - сопло для подачи горячего воздуха;
9 - перегородка;
10 - камера для расплава;
11 - камера для обезвреженного шлака;
12 - уровень расплава;
13 -вентиль;
14 - желоб для выпуска шлака;
15 - приводная заслонка;
16 - контрольное окно.
В конкретном примере выполнения заявляемая в качестве изобретения плавильная печь для термического уничтожения ядохимикатов содержит термостойкий футерованый корпус 1, в котором размещена камера пиролиза 2 для ядохимикатов, уничтожаемых в расплаве пригодного материала. Камера пиролиза 2 имеет загрузочное окно 3 для совместной загрузки материала для расплава и уничтожаемых ядохимикатов, топливную горелку 4, систему для перемешивания расплава 5, отводящий патрубок 6 для выпуска продуктов сгорания и летку 7 для удаления из печи обезвреженного шлака. В камере пиролиза 2 в качестве пригодного для расплавления материала расположен щелочной реагент (например, каустическая сода) и установлено сопло для подачи горячего воздуха 8, что обеспечивает поддержание горения ядохимикатов. Камера пиролиза 2 разделена выступающей над уровнем расплава жаростойкой перегородкой 9 на камеру для расплава 10 и камеру для обезвреженного шлака 11, которая ниже уровня расплава 12 соединена с камерой для расплава 10.
Жаростойкая перегородка 9 установлена, например, на 100 мм выше и на 150 мм ниже заданного уровня расплава. Летка 7 расположена в камере для обезвреженного шлака 11 и оборудована вентилем 13. Под леткой 7 расположен желоб для выпуска шлака 14. Закрытие загрузочного окна 3 осуществляется приводной заслонкой 15. Контроль заданного уровня расплава осуществляется через контрольное окно 16.
В плавильной печи для термического уничтожения ядохимикатов площадь камеры для обезвреженного шлака составляет, например, 0,14 площади камеры пиролиза 2. При этом камера пиролиза 2 выполнена в поперечном сечении в форме удлиненного прямоугольника с соотношением сторон 1:2. Загрузочное окно 3 расположено сбоку корпуса на удлиненной стороне камеры пиролиза 2 рядом с меньшей ее стороной. Камера для обезвреженного шлака 11 расположена со стороны загрузочного окна 3 в отдаленном от него углу камеры пиролиза. Летка 7 расположена в камере для обезвреженного шлака 11 на меньшей стороне камеры пиролиза 2. Горелка 4 расположена в камере для расплава 10 на той же стороне, что и летка 7 в камере для обезвреженного шлака 11, практически на уровне летки 7. При этом горелка 4 ориентирована в направлении стороны камеры пиролиза 2 с загрузочным окном 3 и расположена в горизонтальной плоскости под углом α=70° относительно меньшей стороны камеры пиролиза.
Плавильная печь для термического уничтожения ядохимикатов работает так. При открытой приводной заслонке 15 через загрузочное окно 3 в камеру для расплава 10 загружают щелочной реагент (например, каустическую соду) и с помощью горелки 4 создают первоначальное количество расплава для термического уничтожения ядохимикатов. Непригодные ядохимикаты в герметичных мешках массой 20-30 кг и пакеты с содой массой 10-5 кг подают загрузочным механизмом в плавильную печь с жидкой ванной из расплава соды, температуру которой поддерживают горелкой 4 на уровне 850°С. Через сопло для подачи горячего воздуха 8 в печь подается воздух горения, нагретый до 350-400°С, что обеспечивает поддержание горения ядохимикатов, интенсифицирует процесс их разложения и образования жидкого обезвреженного шлака.
4
2
4
2
В жидкой ванне из расплава каустической соды органические соединения ядохимикатов распадаются и, в основном, сгорают, а неорганический наполнитель вступает в реакцию со щелочью и образует жидкий шлак. Значительная часть неорганических и кислых неорганических соединений, содержащих хлор, фосфор и серу, реагируют со щелочью, превращаясь в инертные соединения типа NaCl, NaPO, NaSO, NaS, и остаются в шлаке, всплывающем на поверхность расплава.
Жидкая ванна из расплава каустической соды в камере для расплава 10 постоянно перемешивается воздухом, который подается под давлением через погружные трубы системы для перемешивания расплава 5. Образовавшийся шлак располагается на поверхности расплава раздельно в пределах камеры для обезвреженного шлака 11 и камеры для расплава 10. Это позволяет, при перемешивании расплава по всему объему в камере для расплава 10, концентрировать определенное количество жидкого шлака на поверхности расплава в камере для обезвреженного шлака 11 и выдерживать этот шлак там для обеспечения его полного обезвреживания. При этом выдержанный и обезвреженный шлак не смешивается с еще не разложившимися ядохимикатами на поверхности камеры для расплава 10, куда периодически добавляют непригодные ядохимикаты и каустическую соду. Образовавшийся шлак после выдержки в камере для обезвреженного шлака 11 не содержит неразложившихся ядохимикатов и растворимых соединений тяжелых металлов.
Своевременное удаление обезвреженного шлака из камеры для обезвреженного шлака 11 и поддержание заданного уровня расплава при совместной периодической загрузке через загрузочное окно уничтожаемых ядохимикатов и щелочного реагента осуществляется через летку 7 с помощью регулирующего вентиля 13, при этом контроль уровня расплава осуществляется через контрольное окно 16. Из плавильной печи обезвреженный шлак по желобу для выпуска шлака 14 поступает в шлаковню, где кристаллизуется и охлаждается. Дымовые газы, которые образуются после термического уничтожения ядохимикатов, направляются через отводящий патрубок 6 в систему газоочистки.
Благодаря предотвращению смешивания выдержанного обезвреженного шлака с еще неразложившимися ядохимикатами в камере для расплава и удалению из печи только обезвреженного шлака обеспечивается эффективное обезвреживание продуктов разложения, образующихся при сжигании непригодных ядохимикатов и подобных им химических веществ, при минимальных выбросах вредных веществ в окружающую среду на уровне европейских норм.