Способ факельного сжигания отходов сортировки твердых коммунальных отходов в жаротрубном котле
FLARE COMBUSTION METHOD OF SORTING SOLID MUNICIPAL WASTE IN A FIRE TUBE BOILER

Изобретение относится к решению энергетических и экологических проблем в мусороперерабатывающей отрасли, в частности, к сжиганию отходов сортировки твердых коммунальных отходов (ТКО), с применением экологически чистой сушки и без затрат дополнительного топлива при получении горячей воды и пара для нужд тепло- и электроснабжения мусороперерабатывающих предприятий.
Из открытых источников известна применяемая в настоящее время технология переработки ТКО, состоящая из сортировки отходов, при которой все, что возможно, выводится во вторичную переработку, а проблемы возникают на стадии утилизации отходов сортировки.
Отходы сортировки ТКО могут составлять до половины массы поступающих на переработку ТКО и представляют собой влажную смесь мелких разнородных фракций бумаги, тканей, резины, древесины, пластика, полиэтилена, пищевых отходов и прочего, влажностью 35-40% на рабочую массу и такой же зольностью. Теплотворная способность таких отходов составляет величину 6-8 МДж/кг (А.Н. Тугов, д.т.н., О.А. Смирнова, ОАО «ВТИ», журнал «ТБО» №10 2018 «К вопросу о строительстве в Московской области заводов по сжиганию ТКО»), что крайне мало для стабильного процесса горения, и поэтому прямое сжигание отходов трудно осуществимо без предварительного обезвоживания или без подсветки горючим газом или жидким топливом.
Известны слоевые способы сжигания отходов на колосниковых решетках, в барабанных печах, в разных комбинациях кипящего слоя (КС), в ЦКС - циркулирующем кипящем слое (Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 9-2015. Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов), гл. 2.3). Все известные способы ориентированы на сжигание либо сухих отходов, либо используют дополнительное топливо.
Наиболее близким заявляемому способу является известный способ сжигания отходов (прототип способа) в ЦКС (рис. 2.11, стр. 67, там же), включающий устройство КС, подъемную ветвь - активный топочный объем, встроенный осадитель уноса и опускную ветвь, по которой возвращается в слой крупный механический недожог и зола. Исходные отходы в виде топлива RDF (гранулированные сухие отходы) подают в зону КС, там они частично выгорают, измельчаются и выдуваются в вертикальный топочный объем, где дожигаются во взвешенном состоянии.
Известно устройство для пиролиза топлива RDF в механически псевдоожиженном слое с использованием двух встречно установленных камер сгорания с огневой поворотной камерой между ними (RU №2 670807, кл. F24Н 1/28, F23G 7/00, F22 В1/00). Известное устройство не приспособлено для переработки влажных отходов, в нем отсутствуют решения по сжиганию влажных отходов ТКО и их обезвоживанию с целью организации стабильного процесса горения.
Технический результат - повышение эффективности, надежности и улучшение экологических характеристик сжигания отходов сортировки ТКО.
Технический результат достигается тем, что процесс факельного сжигания отходов сортировки твердых коммунальных отходов ведут в жаротрубном котле с предварительной сушкой в циркулирующем слое (ЦС) в пределах котла, включающем подачу отходов в зону сущки и последующую циркуляцию подсушенных отходов в зону горения, при этом в процессе циркуляции отходы подвергают последовательно сушке в КС, радиационной сушке во взвешенном состоянии прямым излучением факелов сгоревших отходов и газоконтактной сушке в спутном скоростном потоке горячих газов в дымогарных трубах, с последующим осаждением высушенных отходов в наружной части контура циркуляции вне котла и транспортировкой их на сжигание в циклонные предтопки (ЦП) с факельным дожиганием в камерах сгорания.
Эффективность и надежность сжигания отходов достигается за счет того, что на сжигание в ЦП подают глубоко подсушенные отходы, для стабильного горения которых не требуется дополнительное топливо, при этом для сушки используется самый эффективный способ передачи тепла - прямым излучением факелов уже сгоревших отходов с последующей газоконтактной сушкой горячими дымовыми газами.
Таким образом, для стабилизации процесса горения отпадает необходимость в дополнительном жидком или газообразном топливе.
Химический недожог при реализации предлагаемого способа сжигания отсутствует, поскольку при столкновении двух встречных факелов в зоне сушки идет интенсивное перемешивание в окислительной среде горячих газов при избытке воздуха на четверть больше теоретически необходимого (в ЦП поступает воздух с рекомендуемым для факельного сжигания пылеугольного топлива избытком воздуха α=1,25).
Механический недожог сведен к нулю, т.к. весь улавливаемый в осадительных циклонах (ОЦ) унос вместе с подсушенными отходами возвращается на сжигание, а самая мелкая фракция состоит, в основном, из золовых частиц, улавливаемых в системе очистке газов далее по тракту дымовых газов.
Улучшение экологических характеристик сжигания отходов достигается за счет того, что сушка влажных отходов начинается при температуре 1100-1200°С, где уже закончено факельное горение отходов. Заканчивается сушка за дымогарными трубами при температуре не менее 500-600°С, таким образом, сушильный агент и отходы в ходе сушки успевают пройти термическое обезвреживание в пределах котла в зоне высоких температур, позволяющих разложить любое органическое вещество, и тем самым его обезвредить. В то же время при температуре 500-600°С в дымовых газах еще не появляются конденсаты паров окислов тяжелых металлов и кислот и вторичные хлорорганические вещества.
Отсутствие постоянной подсветки дополнительным топливом сокращает общее количество газовых выбросов из котла в атмосферу на 20-25%, что также улучшает экологическую составляющую предлагаемого способа, а также снижает эксплуатационные затраты на удаление и очистку уходящих газов.
На фиг. 1 условно изображена схема жаротрубного котла, реализующего способ, и вспомогательное оборудование для сжигания отходов сортировки ТКО.
Способ реализуется в жаротрубном котле, содержащем горизонтальную цилиндрическую емкость котловой воды 1, две камеры сгорания 2, выхлопы которых соединены огневой поворотной камерой (ОПК) 3 с отводящими дымогарными трубами 4 в верхней части ОПК и шлаковым комодом 5 внизу, при этом камеры сгорания снабжены циклонными предтопками (ЦП) 6, в шлаковом комоде размещена решетка 7 устройства кипящего слоя (КС), снабженное течкой для удаления излишков золы и штуцером подачи воздуха. Наружная часть контура циркуляции отходов включает вынесенные осадительные циклоны (ОЦ) 8 и бункера 9.
Стрелками показано движение материальных потоков.
Изобретение имеет следующие отличия от известных способов и прототипа:
- Сушку влажных отходов ведут во взвешенном состоянии вне зоны горения сухих отходов, но с использованием прямого радиационного излучения факелов с последующей досушкой горячими газами конвективным способом (газоконтактная сушка).
- Сжигание отходов в настоящем изобретении ведут факельным способом в ЦП с дожиганием в прямоточном факеле. Использование ЦП в предлагаемом способе позволяет сократить химическую длину факела горения в камерах сгорания, уменьшить химическую неполноту сгорания.
Сжигание влажных отходов сортировки ТКО ведется следующим образом:
Предпусковые работы проводятся в объеме инструкции по эксплуатации. Это работы по пароводяному тракту, включая заполнение котла теплой водой и опробование всех машин и механизмов. В бункера 9 загружают сухие опилки для пуска и разогрева системы.
Пуск и разогрев котла проводят на сухих опилках, которые предварительно в количестве 2-3 кг загружают в ЦП 6 через люки 10. На время пуска решетку кипящего слоя 7 закрывают слоем мелкого вермикулита фракцией 3-4 мм и сверху засыпают слоем опилок.
Режим пуска.
При помощи ручного запальника при открытых люках 10 с торцов ЦП 6 выполняют розжиг опилок, закрывают люки и с плавным увеличением подают воздух в ЦП 6, в результате чего весь объем ЦП заполняется горящими опилками. Спустя 1-2 минуты при установившемся режиме горения в ЦП начинают подавать в них опилки из бункеров 9, после этого включают, а затем плавно увеличивают подачу воздуха под решетку КС. Общий расход воздуха в ЦП регулируют отдельно до избытка воздуха α=1,25.
Набор нагрузки, переход на сжигание отходов сортировки ТКО.
Постепенно увеличивая расход опилок и воздуха в ЦП, котел выводится на нагрузку 25- 30%. Включаем плавную подачу влажных отходов в ОПК  3 через шлюз 11, при этом подаваемые в ЦП 6 опилки горят с выносом факела в КС, факелы двух камер сгорания 2 заканчиваются в ОПК 3, мелкий недожог и подсушенные отходы уносятся в дымогарные трубы и затем выносятся в ОЦ 8, где скапливается в бункерах 9, крупный недожог и подсушенные отходы, поскольку они легкие, накапливаются в верхней части КС и, измельчаясь, уносятся в дымогарные трубы, излишек золы, если он появляется, сливается через течку из нижней части КС в систему золоудаления, уменьшая таким образом зольность сухих отходов, подаваемых на сжигание в ЦП. Влажные отходы в смеси с крупным уносом под действием радиационного тепла факелов камер сгорания сушатся в КС, мелкие и высушенные отходы выносятся из КС в надслоевой объем, где сушатся, либо выгорают, либо уносятся в дымогарные трубы 4. В бункерах 9 опилки постепенно замещаются сухими отходами, уловленными ОЦ. Постепенно увеличивая расход воздуха и влажных отходов до номинала, котел выводится на номинальную нагрузку, при этом:
- влажные отходы вводятся в ОПК 3 сверху через шлюз 11, падают вниз в КС, часть сухих отходов выносится из КС обратно в ОПК, и вместе с падающими сверху отходами создают взвешенный слой, обдуваемый факелами двух камер сгорания с разных сторон, крупные фракции возвращаются вниз в КС на досушку, мелкие и сухие фракции уносятся в дымогарные трубы, досушиваются в этом спутном потоке дымовых газов, выносятся в ОЦ и оседают в бункерах, откуда направляются в ЦП на сжигание и затем в камеры сгорания на дожигание;
- дымовые газы после ОЦ направляются на обезвреживание и очистку с использованием щелочной воды для удаления из дымовых газов паров солей тяжелых металлов, органических и неорганических кислот и пыли.
Предлагаемый способ сжигания отходов сортировки ТКО позволяет снизить влажность сжигаемых отходов до 5%, а зольность до 7% на рабочую массу и довести теплотворную способность сжигаемых отходов до 18 МДж/кг, что обеспечивает их надежное горение без подсветки дополнительным топливом.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение эффективности, надежности и улучшение экологических характеристик сжигания отходов сортировки ТКО.