ИНСИНЕРАТОР
INCINERATOR

Изобретение относится к области обезвреживания и уничтожения отходов, в частности отходов, содержащих органические соединения, и может быть использовано для уничтожения термической обработкой отходов бытовых, биологических, медицинских групп А, Б и В.
В печах-инсинераторах, как правило, имеется футерованная камера для сжигания мусора, в которой мусор располагается на специальных решетках, в частности, известна мусоросжигательная печь [US 5030453], которая имеет вертикально расположенную топочную камеру, в верхней части которой находятся форсунка, выпускное отверстие для удаления отходящих газов, а в нижней - отверстие для удаления золы, камера разделена рядами горизонтально расположенных решеток. Сжигание отходов осуществляют либо путем подвода воздуха, необходимого для горения, либо осуществляют без доступа воздуха путем пиролиза.
Известна конструкция инсинератора [RU 2087803], которая содержит вертикально расположенную топочную камеру из теплоизоляционного материала с люком в верхней части для загрузки мусора и, по крайней мере, одну форсунку, внутри топочной камеры с зазором от ее стенок дополнительно вертикально установлена камера сжигания, выполненная из жаропрочного теплопроводного материала, с открытой поверхностью в ее верхней части для загрузки мусора и выхода газообразных продуктов сгорания.
Известен аппарат для уничтожения органических загрязнителей [СА 2660501], выполненный мобильным и содержащий камеру сгорания, камеру дожигания и дымовую трубу, причем камеры соединены переходом, каждая камера состоит из каркаса с внутренней футеровкой, камера сгорания и дожигания оснащены портами для установки горелок, камера дожигания дополнительно оснащена вентилятором и соединена с дымовой трубой.
Наиболее близким к предлагаемому является мобильный инсинератор [JPH06265122], содержащий камеру сгорания, камеру дожигания и дымовую трубу, причем камеры установлены горизонтально и соединены переходом, каждая камера состоит из каркаса с внутренней футеровкой, камера сгорания оснащена портом приема, колосниками, портом для установки горелки, зольниками, камера дожигания оснащена портом для установки горелки, вентилятором и соединена с дымовой трубой.
Недостатками известного решения является низкая эффективность теплоизоляции инсинератора, низкое удобство обслуживания и сборки, низкая надежность крепления и равномерность расположения футеровки, низкая надежность работы в условиях низкой температуры окружающей среды.
Техническая задача решается тем, что инсинератор выполнен портативным и содержит раму, к которой прикреплены камера сгорания и камера дожигания, и дымовую трубу, причем камеры установлены горизонтально и соединены переходом, каждая камера состоит из каркаса с внутренней футеровкой, камера сгорания оснащена крышкой, колосниками арочного типа, круглыми портами для установки горелок, зольниками, камера дожигания оснащена по крайней мере одним портом для установки горелки, вентилятором, термопарой и соединена с дымовой трубой, причем переход состоит из цилиндрической металлической трубы, футерованной пустотелым цилиндром из волокнистого огнеупорного материала и огнеупорным бетоном, футеровка камеры сгорания выполнена плитами из огнеупорного материала, уложенных на стенки и основание, поверх которых имеется слой огнеупорного бетона, а футеровка камеры дожигания и крышки выполнена блоками, состоящими из полос из огнеупорного материала, при этом термопара установлена на потолке камеры дожигания вблизи горелки, а порты для установки горелок камеры сгорания выполнены съемными. Порты для установки горелок на камере сжигания могут быть наклонными.
Для удобства обслуживания длина перехода составляет не менее 400 мм, а снаружи на камерах со стороны портов горелок имеются откидные платформы для обслуживания. Для той же цели камера сгорания выполнена выше камеры дожигания, крышка оснащена рукояткой и роликами, а камеры снаружи соединены двумя рельсами, оснащенными занижениями и упорами в начале и в конце. Также на камере сгорания снаружи может быть установлен рычажный толкатель крышки, либо снаружи на крышке может быть установлена зубчатая рейка, а на камере сгорания установлен электропривод с шестерней, либо снаружи на крышке установлен упор, а на камере сгорания установлен гидропривод. На крышке могут быть расположены кожухи для защиты роликов от грязи и мусора. Также для удобства люк зольника оснащен рычажной системой открывания. Крепление камеры дожигания к раме может быть выполнено разъемным.
Для надежности крепления и равномерности расположения футеровки вдоль центральной линии каждого блока со стороны каркаса расположены скобы, которые имеют выступы, оснащенные отверстиями, причем скобы своими выступами размещены между полосами одного блока, полосы соединены шпильками таким образом, что каждая шпилька проходит сквозь отверстия выступов одной скобы, а при этом сами скобы прикреплены к каркасу и крышке. При этом плиты из волокнистого огнеупорного материала могут быть закреплены на стенках и основании камеры сгорания расположенными в шахматном порядке анкерами, которые прикреплены к каркасу камеры сгорания и расположены на расстоянии около 400 мм друг от друга.
Оптимальным для удобства и качества сборки являются блоки, которые имеют толщину 120-150 мм и ширину 300-400 мм. При этом скобы в блоке расположены на расстоянии около 200 мм от торца блока и не более 500 мм друг от друга.
Для повышения эффективности теплоизоляции поверх блоков нанесен слой огнеупорной мастики. Для тех же целей каждый блок может быть расположен в желобе из волокнистого огнеупорного материала, причем одна из поверхностей желоба расположена между соответствующим блоком и внутренним объемом камеры дожигания. При этом оптимальная толщина желоба составляет около 25 мм. Кроме того крышка может быть выполнена составной из двух половин, соединенных встык, а место стыка снаружи закрыто шнуром, который расположен в защитном канале. Аналогично люк зольника выполнен с бетонной футеровкой, имеющей по периметру канал, в который уложен шнур. Также шнур уложен снаружи на камере сгорания вдоль места стыка камеры сгорания и крышки в закрытом состоянии, а крышка дополнительно имеет боковой завес.
Для повышения надежности работы порты для установки горелок оснащены защитными коробами с подогревом, оснащенными вентиляционными каналами. Для той же цели колосники арочного типа выполнены П-образными в плане и установлены на выступы, которые имеются на слое огнеупорного бетона основания камеры сгорания, которые имеют в своей верхней части две опорные наклонные поверхности, кроме того на слое огнеупорного бетона двух противоположных стенок камеры сгорания имеются утолщения, оснащенные аналогичными опорными наклонными поверхностями. Крышка выполнена трапециевидной с горизонтальной верхней частью.
Более подробно предлагаемый инсинератор представлен на следующих фигурах.
На фиг. 1 представлен главный вид предлагаемого инсинератора. На фиг. 2 представлена камера сгорания с составной крышкой и приводом.
На фиг. 3 представлен вид справа предлагаемого инсинератора.
На фиг. 4 представлен вид справа предлагаемого инсинератора с площадками и коробами.
На фиг. 5 представлено поперечное сечение перехода.
На фиг. 6 представлено продольное сечение камеры сгорания.
На фиг. 7 представлена камера сгорания без слоя огнеупорного бетона.
На фиг. 8 представлен фрагмент стенки камеры сгорания с анкером и футеровкой.
На фиг. 9 представлено поперечное сечение камеры дожигания.
На фиг. 10 представлено продольное сечение камеры дожигания.
На фиг. 11 представлено поперечное сечение крышки камеры сгорания.
На фиг. 12 представлено сечение места стыка половин крышки.
На фиг. 13 представлено поперечное сечение блока в желобе.
На фиг. 14 представлено поперечное сечение блока.
На фиг. 15 представлено сечение блока, покрытого мастикой.
На фиг. 16 представлен вид сверху колосников.
На фиг. 17 представлен главный вид блока.
На фиг. 18 представлен люк зольника (вид изнутри).
На фиг. 19 представлен люк зольника (вид сверху).
На фиг. 20 представлено место стыка камеры сгорания и крышки в закрытом состоянии.
Инсинератор состоит из рамы 1, на которой расположены камера сгорания 2 и камера дожигания 3, которые соединены переходом 4. Камера сгорания 2 оснащена крышкой 5, колосниками 6 арочного типа, круглыми портами 7 для установки горелок, зольниками 8, камера дожигания 3 оснащена портом 7 для установки горелки, вентилятором 9, термопарой 10 и соединена с дымовой трубой 11. Переход 4 состоит из металлической трубы 12 с обечайками, футерованной пустотелым цилиндром 13 из волокнистого огнеупорного материала и слоем огнеупорного бетона 14. Футеровка камеры сгорания 2 выполнена плитами 15 из огнеупорного материала (например, волокнистого), уложенных на стенки и основание, а поверх плит 15 имеется слой огнеупорного бетона 14. Футеровка камеры дожигания 3 и крышки 5 выполнена блоками 16, состоящими из полос 17 из огнеупорного материала (например, волокнистого). Камеры сгорания 2 и дожигания 3 выполнены в продольном сечении трапециевидными. Крышка 5 также выполнена трапециевидной с горизонтальной верхней частью для улучшения циркуляции газов. Термопара 10 установлена на потолке камеры дожигания вблизи горелки. Порты 7 для установки горелок камеры сгорания 2 выполнены съемными, а их количество может быть от 2 до 12. Порты 7 для установки горелок на камере сгорания 2 могут быть наклонными.
Рама 1 снабжена такелажными элементами, такими как крепежными отверстиями, рым-болтами, крючьями или иными, позволяющими перемещать инсинератор при помощи грузоподъемной техники. Камера сгорания 2 и камера дожигания 3 прикреплены к раме 1, причем крепление камеры дожигания 3 к раме 1 является разъемным.
В качестве огнеупорного материала применяется, например волокнистая огнеупорная плита Kaowool R Boards, стекловолокно (например, огнеупорное керамическое Cerablanket) или иное. В качестве бетона используют низкоцементные высокоплотные шамотные бетоны.
Футеровка перехода 4 может быть выполнена следующим образом: 10 мм волокнистого огнеупорного материала и 60 мм огнеупорного бетона.
Снаружи на камерах 2 и 3 со стороны портов 7 имеются откидные платформы 18 для обслуживания, которые могут быть снабжены поворотными петлями и фиксирующими элементами для крепления к камерам в откинутом и сложенном положениях. Камера сгорания 2 может быть выполнена выше камеры дожигания 3, крышка 5 оснащена рукояткой 19 и роликами 20, а камеры 2 и 3 снаружи соединены двумя рельсами 21, оснащенными занижениями и упорами 22 в начале и в конце. Снаружи на крышке 5 может быть установлена зубчатая рейка 23, а на камере сгорания 2 установлен электропривод 24 с шестерней, ответной для зубчатой рейки 23.
Для надежности крепления и равномерности расположения футеровки вдоль центральной линии каждого блока 16 со стороны каркаса камер расположены скобы 25, которые имеют выступы 26, оснащенные отверстиями, причем скобы 25 своими выступами 26 размещены между полосами 17 одного блока 16. Полосы 17 соединены шпильками 27 таким образом, что каждая шпилька 27 проходит сквозь отверстия выступов 26 одной скобы 25, а сами скобы 25 прикреплены к каркасу камеры дожигания 3 и крышке 5.
Плиты 15 из волокнистого огнеупорного материала могут быть закреплены на стенках и основании камеры сгорания 2 расположенными в шахматном порядке анкерами 28, которые прикреплены (например, приварены или прикручены) к каркасу камеры сгорания 2 и расположены на расстоянии около 400 мм друг от друга. Такая величина обусловлена в первую очередь требованием к равномерности прилегания плит 15 к каркасу камеры сгорания 2, а во вторую очередь удобством сборки.
Анкер 28 выполнен в виде U-образного стержня, прикрепленного к каркасу средней частью, на который нанизывается плита 15, после чего анкер 28 разгибается и принимает V-образную форму, а на его концы надеваются термоусадочные трубки 29. Длина стержня для анкера 28 составляет такую величину, чтобы после разгибания оба конца анкера 28 выступали из плиты 15. Анкеры 28 прикрепляются таким образом, чтобы направление разгибания двух соседних чередовалось.
Оптимальным для удобства и качества сборки являются блоки 16, которые имеют толщину около 120 мм и ширину около 300 мм. По результатам испытаний такой толщины достаточно, для того чтобы обеспечить необходимую температуру внутри камеры дожигания 3 и температуру ее наружной стенки не выше 65°С. При этом скобы 25 в блоке 16 расположены на расстоянии около 200 мм от торца блока 16 и не более 500 мм друг от друга. Такие размеры дают удобство и скорость сборки при обеспечении высокой равномерности прилегания футеровки камеры дожигания 3 и крышки 5.
Для повышения эффективности теплоизоляции поверх блоков 16 нанесен слой огнеупорной мастики 30. Для тех же целей каждый блок 16 по крайней мере частично расположен в желобе 31 из волокнистого огнеупорного материала, причем одна из поверхностей желоба 31 расположена между соответствующим блоком 16 и внутренним объемом камеры дожигания 3. При этом толщина желоба 31 составляет не менее 10 мм, предпочтительно около 25 мм. Такая толщина обусловлена возможными зазорами между полосами 17 в местах установки скоб 25.
Для повышения надежности работы порты 7 оснащены защитными коробами 32 с подогревом, оснащенными вентиляционными каналами 33 круглого или прямоугольного сечения, которые могут быть оснащены нагнетательными вентиляторами и покрыты теплоизоляционными материалами. При этом используется непрямой нагрев воздуха, и продукты горения не попадают на горелки 34, которые расположены в портах 7. Защитные короба 32 оборудованы дверцей для обслуживания горелки 34 и регулировки кислородной заслонки.
Также на камере сгорания 2 снаружи может быть установлен рычажный толкатель 35 крышки. Страгивание крышки 5 осуществляется, например, за счет упора верхней части толкателя 35 в боковую поверхность крышки 5.
Колосники 6 арочного типа выполнены П-образными в плане и установлены на выступы 36, которые имеются на слое огнеупорного бетона 14 основания камеры сгорания 2. Выступы 36 имеют в своей верхней части две опорные наклонные поверхности 37. На слое огнеупорного бетона 14 двух противоположных стенок камеры сгорания 2 имеются утолщения 38, оснащенные аналогичными опорными наклонными поверхностями 37.
При большом габарите инсинератора, например, при производительности 1000 кг/ч, крышка 5 может быть выполнена составной из двух половин 39 и 40, соединенных встык, а место стыка снаружи закрыто шнуром 41 (например, асбестовым, керамическим или иным), который расположен в защитном канале 42.
Аналогично люк 43 зольника 8 выполнен с бетонной футеровкой, имеющей по периметру канал, в который уложен шнур 44. Кроме того люк 43 имеет рычажную систему открывания. Также шнур 45 уложен вдоль места стыка камеры сгорания 2 и крышки 5 в закрытом состоянии, а крышка дополнительно имеет боковой завес 46 (например, выполненный из стального листа и уголков).
На крышке 5 могут быть расположены кожухи 47 для защиты роликов 20.
Инсинератор работает следующим образом.
Инсинератор перемещается за счет поднятия его за раму 1. Сжигаемый мусор, топливо, отходы или иное помещается в камеру сгорания 2 на колосники 6, после чего закрывается крышка 5. Пламя из горелок 34 поджигает и поддерживает горение отходов. Образующаяся при горении зола падает через колосники 6 к зольникам 8, откуда в последствии может быть удалена, а рычажная система открывания люка 43 обеспечивает удобство ее удаления за счет полного открытия люка 43. Образующиеся при горении газы через переход 4 попадают в камеру дожигания 3 где, под действием пламени от горелки 34 происходит сгорание мелкодисперсных частиц. Вентилятор 9 создает такой поток образующихся газов через дымовую трубу 11, чтобы обеспечить нахождение газа в камере дожигания 3 не менее 2 секунд. Термопара 10 оценивает температуру внутри камеры дожигания 3 и контролирует работу горелки 34. При выполнении крышки 5 из двух половин 39 и 40, шнур 41 препятствует распространению тепла за пределы крышки 5, а защитный канал 42 защищает шнур 41 от механических повреждений. Аналогично шнур 44 препятствует распространению тепла за пределы люка 43 зольника 8, а шнур 45 препятствует распространению тепла за пределы крышки 5, в то время как боковой завес 46 обеспечивает более плотное прилегание крышки 5 при закрытии.
При наличии откидных платформ 18, во время транспортировки они находятся в сложенном положении, а после расположения инсинератора на позиции для работы, они могут быть откинуты для удобства работы оператора.
При выполнении камеры сгорания 2 выше камеры дожигания 3, крышка 5 страгивается рычажным толкателем 35 и перемещается оператором за рукоятку 19 на роликах 20 по рельсам 21 между упорами 22. Упоры 22 с занижениями обеспечивают точное позиционирование крышки 5 и герметизацию ее закрытия. Кожухи 47 защищают ролики 20 от грязи и мусора при загрузке инсинератора.
Крышка 5 может перемещаться автоматически при наличии на ней зубчатой рейки 23, которую заставляет перемещаться шестерня электропривода 24. Либо аналогичным образом за счет упора и гидропривода.
Блоки 16 собираются следующим образом: волокнистый огнеупорный материал нарезается на полосы 17 (например, 6 штук), которые составляются в единый ряд, прижатыми одна к другой длинными сторонами. Скобы 25 располагаются своими выступами 26 между двумя парами соседних полос 17 например, на расстоянии около 200 мм от торца блока 16 и не более 500 мм друг от друга. Затем сквозь одну из крайних полос 17 вставляются шпильки 27 таким образом, что каждая шпилька 27 проходит сквозь отверстия выступов 26 одной скобы 25. Таким образом обеспечивается неподвижность каждой полосы блока относительно скобы 25, которые в свою очередь крепятся к каркасу камеры дожигания 3 и крышке 5.
Для дополнительной теплоизоляции каждый блок 16 после сборки и крепления к каркасу камеры дожигания 3 или крышки 5 может быть расположен в желобе 31.
Наличие слоя огнеупорной мастики 30 поверх блоков 16 обеспечивает не только повышение теплоизолирующих свойств, но и сглаживание неровностей поверхности камеры дожигания 3 и крышки 5, что снижает сопротивление движению газов в инсинераторе.
Футеровка камеры сгорания 2 осуществляется следующим образом: на внутреннюю поверхность каркаса крепятся (например, привариваются) своей средней частью анкеры 28, после чего на них нанизываются плиты 15. Затем анкеры 28 разгибаются и принимают V-образную форму, а на их концы надеваются термоусадочные трубки 29, которые предохраняют появление возможных трещин при заливке слоя бетона 14, тем самым повышая качество футеровки. После этого камера сгорания 2 футеруется слоем огнеупорного бетона 14 (например, с использованием специальной опалубки, вибраторов и прочих средств). При этом формируются выступы 36 и утолщения 38, оснащенные опорными наклонными поверхностями 37, непосредственно на которые и опираются колосники 6. Слой огнеупорного бетона 14 в камере сгорания 2 обеспечивает защиту плит 15 от механических повреждений загружаемыми отходами. Аналогично и для пустотелого цилиндра 13 в переходе 4.
Для повышения надежности работы порты 7 оснащены защитными коробами 32 с подогревом. Генерация тепла для подогрева коробов 32 может быть электрической или топливной. В обоих случаях в короб 32 подается нагретый воздух, а сами теплогенераторы расположены отдельно и соединены с коробами 32 вентиляционными каналами 33. В качестве топлива могут выступать дизельное топливо, мазут, жидкое печное топливо, керосин, отработанное масло или газ. При этом используется непрямой нагрев воздуха, и продукты горения не попадают на горелочные устройства 34, которые расположены в портах 7. Защитные короба 32 оборудованы дверцей для обслуживания горелки и регулировки кислородной заслонки.
Система обогрева горел очных устройств 34 может быть реализована как с ручным управлением (оператор сам принимает решение о необходимости включения данной системы исходя из температурно-климатических условий, по руководству завода изготовителя), так и с автоматическим (систему подогрева включает контроллер по сигналу с датчика температуры окружающего воздуха). Также может быть реализован смешанный тип управления, когда оператор дает команду на запуск системы, а контроль и поддержание рабочих параметров происходит в автоматическом режиме.
Перед пуском горел очных устройств 34 в работу производиться предварительный разогрев системы обогрева, в течение 5-15 мин. Включается нагнетательный вентилятор, затем включаются нагревательные элементы или теплогенератор и тепло по вентиляционным каналам 33 поступает в защитные короба 32. Остановка работы системы подогрева производиться в обратном порядке, сначала отключаются нагревательные элементы или теплогенератор, затем с задержкой от 20 сек до 3 мин отключаются вентиляторы.
Контроль и поддержание температуры нагретого воздуха может производиться, например, по сигналу с датчика температуры или термостата, установленных в вентиляционных каналах 33 после нагревательных элементов или теплогенератора.
Крепление камеры дожигания 3 к раме 1 может быть выполнено разъемным для проведения текущих работ по обслуживанию или ремонту инсинератора.
Техническим результатом предлагаемого инсинератора является высокая эффективность инсинератора, высокое удобство обслуживания и сборки, высокая надежность работы как в обычных условиях, так и в условиях низкой температуры окружающей среды.