УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО, НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ И ГРУНТОВ

Полезная модель относится к области термической переработки промышленных отходов, в частности, нефтезагрязненных почв и грунтов, буровых шламов, промасленной ветоши, изношенных автошин и других отходов, образующихся в процессе производственной деятельности нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий, транспортных организаций, нефтебаз, автозаправочных станций и т.д.
В настоящее время существуют следующие виды процессов обезвреживания и утилизации промышленных отходов: путем промывки и химического воздействия, а также биологического воздействия, путем воздействия электрическим током и путем термического воздействия на отходы.
Известна установка для термического обезвреживания твердых отходов (Патент РФ №2273796, кл. F 23 G 5/14, от 2004 г.), содержащая печь термообработки с газовыми горелками и с подвижной цепной колосниковой решеткой, расположенной с наклоном не более 10° к горизонтальной плоскости, загрузочный бункер со шнековым питателем и разгрузочный бункер. Также указанная известная установка дополнительно содержит циклонную печь с горелкой, последовательно соединенную газоходом со скруббером - охладителем, скруббером Вентури и дымососом, предназначенными для обезвреживания отходящих газов.
Недостатком указанной известной установки является довольно сложная конструкция печи, предусматривающая наличие подвижной решетки, да к тому же находящейся во время работы в зоне высокой
температуры, что требует дополнительных конструктивных подходов к обеспечению ее надежности. Вышеуказанное, а также наличие дополнительных узлов очистки дымовых газов, делает известную установку сложной в исполнении, а значит - в некоторой степени, недостаточно надежной.
Вместе с этим, известная установка не позволяет использовать возвратное тепло пиролизных газов (продуктов пиролиза), что приводит как к потере ценного сырья, так и к повышенному расходу электроэнергии.
Также известна установка для обезвреживания ила и земли, загрязненных стойкими органическими веществами (Патент РФ №2250123, кл. A 62 D 3/00, от 1999 г.), содержащая вращающуюся барабанную печь с косвенным обогревом, соединенную с камерами загрузки и выгрузки, узел экстракции, топку дожигания, имеющую систему газоходов, и скруббер.
Однако, указанная известная установка является довольно сложной в конструктивном исполнении, что является неоправданным при утилизации, например, нефтезагрязненных грунтов.
Наряду с указанными, известна установка для термического разложения углеродсодержащих материалов (Авторское свидетельство СССР №397729, кл. F 27 В 7/04, от 1970 г.), содержащая топку, вращающуюся печь термообработки и разгрузочное и загрузочное устройство, при этом указанная печь состоит из вращающегося барабана и из соосно установленной внутри него реторты с образованием кольцевого зазора между ними. В указанной известной установке нагрев исходного углеродсодержащего материала, находящегося в реторте, осуществляется подачей в кольцевой зазор дымовых газов, образующихся от сжигания топлива и от сжигания пиролизных газов.
Однако, указанная известная установка не обеспечивает высокой степени обезвреживания, ввиду неравномерности температуры поверхности реторты, контактирующей с исходным материалом, т.к. этот материал по реторте идет прямотоком с дымовыми газами, идущими в кольцевом зазоре, и вследствие охлаждения при движении не обеспечивают поддержание высокой температуры на всем протяжении пути.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению и совокупности признаков является установка для термического обезвреживания различных по теплоте сгорания и влажности твердых отходов (Авторское свидетельство СССР №1455823, кл. F 23 G 5/20, от 1987 г.), включающая узел подачи твердых отходов на переработку в камеру загрузки, вращающуюся печь термообработки, конструктивно соединенную с указанной камерой загрузки и с камерой выгрузки обработанных отходов, дожигатель дымовых газов (топку дожигания), снабженный системой газоходов, связывающих его с камерой выгрузки. Кроме того, указанная известная установка дополнительно снабжена второй вращающейся печью термообработки жидких отходов, которая связана системой газопроводов в круговой цикл пропускания дымовых газов, благодаря чему расширяются технологические возможности установки (за счет обезвреживания жидких и твердых отходов).
Однако, указанная известная установка не лишена недостатков, а именно:
- не позволяет обеспечить высокую степень обезвреживания нефтесодержащих отходов (особенно с повышенным содержанием нефтепродуктов) за один цикл пропускания дымовых газов и требует для осуществления процесса постоянного горения дополнительного топлива (помимо продуктов пиролиза), что снижает экономические показатели работы установки, а также эффективность;
- недостаточное использование энергии сгорания продуктов пиролиза (пиролизных газов) приводит к неоправданному перерасходу топлива, а значит - к повышенным материальным затратам;
- введение дополнительного оборудования в виде отдельной печи для обезвреживания жидких отходов приводит к усложнению конструкции (хотя, на наш взгляд, обработку и жидких и твердых отходов возможно осуществлять в одной печи).
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в упрощении конструкции при одновременном повышении эффективности за счет снижения материальных затрат и повышения степени обезвреживания, с получением обработанных отходов, пригодных для использования в хозяйственных целях.
Дополнительным техническим результатом является обеспечение обезвреживания загрязненного грунта с широким диапазоном нефтесодержания.
Указанный технический результат достигается предлагаемой установкой для термического обезвреживания промышленных отходов, преимущественно, нефтезагрязненных почв и грунтов, включающей узел подачи отходов на переработку в камеру загрузки, вращающуюся печь термообработки, конструктивно соединенную с указанной камерой загрузки и с камерой выгрузки обработанных отходов, топку дожигания продуктов пиролиза, снабженную системой газоходов и газопроводов, при этом новым является то, что вращающаяся печь термообработки содержит вращающийся барабан с соосно установленной внутри него, с образованием кольцевого зазора, ретортой, которая одним концом соединена с камерой загрузки, а другим - с камерой выгрузки обработанных отходов, при этом упомянутая камера выгрузки сообщена посредством газохода транспортирования продуктов пиролиза с топкой
дожигания, которая в свою очередь, дополнительно снабжена газоходом подачи воздуха и соединена газопроводом подачи дымовых газов с кольцевым зазором между вращающимся барабаном и ретортой печи с обеспечением противотока перерабатываемых отходов, находящихся в реторте, и дымовых газов, проходящих по кольцевому зазору, причем упомянутый кольцевой зазор также снабжен газопроводом отвода отработанных дымовых газов, при этом узел подачи отходов на переработку дополнительно содержит бункер - смеситель.
Бункер-смеситель снабжен валами - мешалками и предназначен для размельчения отходов и, при необходимости, для смешения с инертными наполнителями для повышения степени сыпучести отходов.
В качестве инертных наполнителей используют песок, древесные опилки, золу.
Газопровод отвода отработанных дымовых газов из кольцевого зазора печи размещен в зоне, близкой к камере загрузки, а газопровод подачи дымовых газов от топки дожигания в кольцевой зазор печи размещен в зоне, близкой к камере выгрузки.
Газопровод отвода отработанных дымовых газов дополнительно снабжен дымососом и дымовой трубой для выброса газа в атмосферу.
Газопровод отвода отработанных дымовых газов дополнительно снабжен теплообменником.
Газопровод подачи дымовых газов соединен посредством байпасной линии, снабженной узлом для изменения ее проходного сечения, с дымовой трубой.
Указанный технический результат обеспечивается за счет следующего.
Благодаря предложенному конструктивному выполнению вращающейся печи термообработки (наличие вращающегося барабана и соосно установленной реторты), достигается высокая производительность
обработки отходов, т.к. обработка осуществляется при движении отходов по реторте.
Наличие топки дожигания обеспечивает экономичность установки за счет сжигания продуктов пиролиза (пиролизных газов), образующихся при термообработке отходов, и которые по газоходу из камеры выгрузки поступают в указанную топку. Благодаря этому в течение всего технологического процесса обеспечивается автономная работа установки только за счет образующихся продуктов пиролиза (без привлечение дополнительного топлива), что делает ее работу крайне экономичной.
Благодаря наличию газопровода подачи дымовых газов (образуются в топке дожигания при сгорании продуктов пиролиза - пиролизных газов), соединяющего указанную топку с кольцевым зазором печи, обеспечивается нагрев стенок реторты, а значит и - термообработка находящихся в ней отходов при одновременном полном использовании энергии пиролизных газов, что также делает работу установки экономически выгодной и приводит к снижению материальных затрат.
Благодаря тому, что указанный газопровод подачи дымовых газов имеет врезку в кольцевое пространство печи в зоне, близкой к камере выгрузки, обеспечивается противоток перерабатываемых отходов, находящихся в реторте, и горячих дымовых газов, проходящих по кольцевому зазору, в результате повышается степень термообработки отходов за счет постоянно высокого температурного режима стенок реторты на всем пути продвижения отходов, а значит - гарантированно производится термообезвреживание отходов, в том числе, и нефтезагрязненных грунтов с любой степенью загрязнения. Все это повышает эффективность работы установки.
Введение в конструкцию вращающейся печи газопровода отвода отработанных дымовых газов, врезанного в кольцевой зазор, в преимущественном варианте, в зоне, близкой к камере загрузки, позволяет наряду с полным использованием энергии дымовых газов (благодаря
пропусканию их через всю длину кольцевого зазора), отводить отработанные газы в атмосферу или отводить через теплообменник на утилизацию.
Введение в предложенную установку дополнительно бункера -смесителя необходимо для размельчения кусков отходов и смешения их с наполнителями для получения измельченной сыпучей массы с содержанием нефтепродуктов до 15%. При низкой концентрации нефтепродуктов в отходах (менее 15%) и невысокой влажности наполнитель не требуется.
Благодаря тому, что газопровод отвода отработанных дымовых газов снабжен теплообменником, обеспечивается дополнительная утилизация энергии отходящих газов.
Соединение газопровода подачи дымовых газов байпасной линией с дымовой трубой позволяет в случае положительного теплового баланса (при избытке пиролизных газов), удалить часть дымовых газов, чтобы предотвратить повреждение футеровки.
Предлагаемая установка иллюстрируется чертежом, где показана ее принципиальная схема.
Заявляемая установка для термического обезвреживания промышленных отходов, преимущественно, нефтезагрязненных почв и грунтов, содержит вращающуюся печь 1 термообработки, состоящую из вращающегося барабана 2, внутри которого соосно размещена реторта 3 с образованием кольцевого зазора 4 между ними, при этом реторта 3 имеет длину большую, чем длина барабана 2. Одним концом реторта 3 соединена с камерой загрузки 5, а другим - с камерой выгрузки 6 обработанных отходов. Камера загрузки 5 также соединена с узлом подачи отходов на переработку, состоящим из накопителя 7, бункера - смесителя 8 и конвейеров 9 и 10.
Заявляемая установка также содержит топку дожигания 11, которая имеет газоход 12 подачи воздуха и сообщена посредством газохода 13 транспортирования продуктов пиролиза (пиролизных газов) с камерой выгрузки 6 и посредством газопровода 14 подачи дымовых газов - с кольцевым зазором 4 печи 1. Упомянутый кольцевой зазор 4 снабжен газопроводом 15 отвода отработанных дымовых газов.
Предлагаемая установка работает следующим образом.
Промышленные отходы, в частности, нефтезагрязненные почвы и грунты, первоначально помещаются в накопитель 7 и далее по конвейеру 9 подаются в бункер - смеситель 8, где за счет вращения валов - мешалок происходит размельчение отходов (грунтов) до кусков размером не более 20 мм и осуществляется перемешивание с инертным наполнителем (песок, древесные опилки, зола и прочее) с целью снижения как вязкости, так и содержания нефтепродуктов, и для улучшения сыпучих свойств. Подготовленная измельченная сыпучая масса по конвейеру 10 подается в камеру загрузки 5, конструктивно соединенную с печью 1, и посредством шнекового питателя 16 загружается в реторту 3. (конструкция питателя 16 обеспечивает герметичность реторты 3). Со стороны загрузочной части печи 1 реторта 3 закрыта глухой стенкой, препятствующей попаданию внутрь кислорода и обратному выходу газов пиролиза в камеру загрузки 5.
Продукты сгорания топлива в топке дожигания 11 (топливо необходимо только на начальной стадии для инициирования процесса пиролиза отходов), являющиеся теплоносителем на начальном этапе, и дымовые газы, образующиеся при сжигании продуктов пиролиза (при установившемся технологическом процессе), и являющие в дальнейшем основным теплоносителем, по газопроводу 14 поступают в кольцевой зазор 4 печи 1, нагревая при этом поверхность реторты 3, а значит - и отходы, находящиеся в ней, до прокаливания при температуре 500-550°С. Учитывая, что отходы и поток дымовых газов идут противотоком, обеспечивается полная термическая обработка отходов с получением при
этом обработанных отходов и продуктов пиролиза, которые поступают в камеру выгрузки 6. Продукты пиролиза при этом отводятся по газоходу 13 в топку дожигания 11, а обработанные отходы выгружаются по конвейеру 17 для охлаждения на вспомогательную площадку в бетонированные или обвалованные глиной котлованы - накопители 18, где охлаждаются до безопасной температуры для последующей транспортировки и использованию по назначению.
Дымовые газы, проходящие по кольцевому зазору 4 печи 1, выводятся по газопроводу 15 через теплообменник 19 на утилизацию или выбрасываются через дымосос 20 и дымовую трубу 21 в атмосферу.
При положительном тепловом балансе (избыток продуктов пиролиза) часть дымовых газов из газопровода 14 при необходимости удаляется по байпасной линии 22 через дымовую трубу 21 в атмосферу.
Конструкция предлагаемой установки была опробована на ряде нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий Пермского Прикамья.
Технические характеристики установки были получены следующие:
- производительность печи
по загрузке, кг/ч
4000-10000
по выгрузке, кг/ч
2000-5000
- средняя продолжительность
технологического цикла, мин
30
- энергопотребление, кВт
менее75
- остаточное содержание нефтепродуктов
в конечном продукте термообработки, мг/кг, не более
20
- выбросы вредных газов в атмосферу
отсутствуют
- нормальная эксплуатация
установки при температуре
окружающего воздуха, °С
-20...+40.
Приведенные характеристики доказывают высокую эффективность установки и ее высокую производительность.
Полученный в результате термического обезвреживания грунт по результатам исследований относится к категории малоопасных отходов с содержанием остаточных нефтепродуктов не более 20 мг/кг, что делает его пригодным для использования при обустройстве дорог, для рекультивации земель, засыпки оврагов, котлованов, в качестве сорбента при аварийных разливах нефтепродуктов, а также для возделывания технических культур и посадок зеленых насаждений.