ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ НЕРАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
THERMAL-CATALYTIC INSTALLATION OF PROCESSING AND DISPOSAL OF NON-RADIOACTIVE WASTE

Заявляемое изобретение относится к устройствам для переработки бытовых и других горючих отходов и может быть использовано для сжигания отходов, производимых населением, предприятиями общественного питания, пассажирами и экипажами транспортных средств, торговыми организациями и многими производственными предприятиями различных отраслей промышленности.
Наиболее близким к заявляемому изобретению техническим решением является установка термокаталитического обезвреживания муниципальных отходов с утилизацией вторичных ресурсов, включающая бункер с загрузочным устройством, вращающуюся печь, камеру дожигания с встроенной в ее свод форсункой впрыска щелочного раствора, котел-утилизатор, рекуператор, блок утилизации тепла, рукавный фильтр, инерционно-вихревой пылеуловитель, каталитический преобразователь, систему подачи топлива, сжатого воздуха, химикатов и воды, и дымовую трубу (см. пат. №127870 М. кл. F23G 5/00, 2012).
Основным недостатком описанной установки является снижение скорости диффузии кислорода печной атмосферы к очагу горения при каждой очередной загрузке порции холодных отходов в печь, вследствие чего замедляется нагрев и плавление отходов и процесс окисления органической их части, что приводит к образованию оксида углерода и токсичных продуктов неполного сгорания углеводородов, а также большого количества высокотоксичных газов, в том числе канцерогенного действия.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача создания термокаталитической установки переработки и утилизации нерадиоактивных отходов, в которой путем повышения интенсивности горения загружаемых в печь порций холодных отходов за счет обогащения чистым кислородом печной атмосферы сократить образование оксида углерода и токсичных продуктов неполного сгорания углеводородов, в том числе канцерогенных веществ, а также путем использования высокотемпературных термокаталитических преобразователей максимально уменьшить содержание вредных примесей в отходящих дымовых газах.
Поставленная задача решается тем, что в термокаталитическую установку переработки и утилизации нерадиоактивных отходов, включающую бункер с загрузочным устройством, вращающуюся печь, камеру дожигания с встроенной в ее свод форсункой впрыска щелочного раствора, котел-утилизатор, блок утилизации тепла, рукавный фильтр, инерционно-вихревой пылеуловитель, каталитический секционный модуль, системы подачи топлива, сжатого воздуха, химикатов и воды, и дымовую трубу, согласно заявляемого изобретения, система подачи воздуха во вращающуюся печь преобразована в систему подачи воздушно-кислородной смеси, а между камерой дожигания и котлом-утилизатором размещен высокотемпературный каталитический блок, состоящий из установленных в шахматном порядке трубчатых керамических элементов с импрегнированными в них 3d и 4d переходными металлами.
Конкретный пример выполнения заявляемого изобретения поясняется фигурой чертежа, на которой приведена функциональная схема предлагаемой термокаталитической установки переработки и утилизации нерадиоактивных отходов.
Установка включает: бункер 1 с устройством 2 для загрузки, вращающуюся печь 3, горелку 4, воздушнокислородную фурму 5, камеру 10 дожигания, высокотемпературный каталитический блок 11, теплообменник (котел-утилизатор) 12, инерционно-вихревой пылеуловитель 13, каталитический секционный модуль 14, теплоутилизационный блок 15, рукавный фильтр 16, адсорбционный фильтр 17, дымососное устройство 18, дымовая труба 19, пневмоэжекционные форсунки 20 и 21, системы автоматического регулирования.
Работает установка следующим образом.
Разогревают вращающуюся печь 3 до температуры в камере 10 дожигания 700°С жидким топливом с помощью горелки 4. Топливо и вентиляторный воздух в горелку 4 подаются отдельными трубопроводами, имеющими запорную арматуру (на чертеже не показано) и регулирующие дроссели 6 и7. Подача вентилятором воздуха и чистого кислорода осуществляется отдельными трубопроводами и через регулирующие дроссели 8 и 9 подается в смешивающее устройство воздушно-кислородной фурмы, после чего через специальные сопла направляются в рабочее пространство вращающейся печи 3. Фурма устанавливается на торце печи 3 на определенном расстоянии от поверхности загружаемых в печь порций холодных отходов, а сопла направлены в сторону отходов под углом 8-10° к горизонтальной оси печи 3.
Заблаговременно отсортированными отходами, прошедшими контроль на радиоактивность и удаление металлов, стекла и др., заполняют бункер 1. После достижения требуемых температур в камере дожигания включается привод вращения печи 3, дымосос 18, подача щелочного раствора форсунками 20 и 21 и все системы автоматического регулирования. Затем производится загрузка отходов из бункера 1 гидравлическим загрузочным устройством 2 на огнеупорную футеровку вращающейся печи.
Количество загрузок печи 3 и число оборотов вокруг горизонтальной оси вращающейся печи в единицу времени регулируется с пульта управления.
Вращение печи создает возможность перемешивания горячих продуктов горения в глубину слоя отходов, т.е. развитию конвективного теплообмена, интенсификации газификации органической части отходов и предохраняет от перегрева и износа огнеупорную кладку печи.
2
2
Для использования химически связанного тепла в оксиде углерода и продуктах недожига углеводородов продукты горения поступающих в камеру 10 дожигания, в которой за счет свободного кислорода и длительного времени пребывания (> 2 сек) происходит практически полное окисление продуктов горения до двуоксида углерода (СО) и воды (HO). Выделенное при этом дополнительное тепло рационально используется при охлаждении продуктов горения в котле-утилизаторе 12.
2
Для улавливания кислых газообразных веществ (HCl, HF, SO) в своде камеры 10 дожигания пневмоэжекционными форсунками 20 впрыскивается щелочной раствор (10% раствор соды).
Сформированный поток продуктов горения поступает для дальнейшей нейтрализации токсических веществ в специальную камеру. Камера выполнена из безусадочных высокоогнеупорных блоков, что позволяет обеспечить надежность работы размещенного в ней каталитического блока 11 в условиях значительного перепада температур и частых теплосмен, колебания химического состава как в объеме рабочего пространства печи, так и в очаге горения отходов.
По всей длине блока 11 перпендикулярно к потоку продуктов сгорания установлены в шахматном порядке трубчатые керамические элементы с импрегнированными в них 3d и 4d переходными металлами (без металлов платиновой группы). Турбулизация потока продуктов горения интенсифицирует тепломассообмен, увеличивает время пребывания газов в камере и межфазовую поверхность контакта каталитических активных центров с токсическими веществами и обеспечивает высокую степень их окисления и нейтрализации.
Регенерация поверхности и объема каталитических преобразователей от плавильной пыли и аэрозолей осуществляется установкой пневмоэжекционных сопел. Время импульсной регенерации определяется экспериментальным методом в реалиях промышленной эксплуатации установок переработки и утилизации отходов различного морфологического состава.
Поступающие из высокотемпературного блока Ив котел-утилизатор 12 продукты горения охлаждаются до 300-350°С, а образовавшийся при этом пар подается потребителям по паропроводу 23.
За котлом-утилизатором 12 на дымопроводе установлен дроссель 26 для регулировки разряжения газов в камере 10 дожигания и вращающейся печи 3.
За котлом-утилизатором 12 установлен инерционно-вихревой пылеуловитель 13 для улавливания крупных сажистых частичек и механического уноса плавильной пыли. Очищенные продукты горения направляются в каталитический секционный модуль 14.
В каталитическом секционном модуле 14 окисляются остатки органических вредностей, одновременно восстанавливается до газообразного азота часть оксидов азота. Каталитический реактор 14 оснащен системой импульсной регенерации (очищение от осевшей пыли) с помощью сжатого воздуха.
Дым из каталитического секционного модуля 14 поступает в блок 15 утилизации тепла, где последовательно, по ходу дыма, расположен рекуператор и экономайзер.
Охлажденные в блоке 15 утилизации тепла до температуры 180-200°С продукты горения разбавляются воздухом, который подают в дымоход перед рукавным фильтром 16. При этом температура продуктов горения снижается до 130-135°С, и в рукавном фильтре 16 они очищаются от высокодисперсной пыли. Высокоэффективная очистка отходящих газов от пыли в заявляемой установке обеспечивается применением многоступенчатой системы пылеулавливания, включающей инерционно-вихревой пылеуловитель 13, рукавный фильтр 16 и адсорбционный фильтр 17.
Очищенные от пыли продукты горения после рукавного фильтра 16 поступают в адсорбционный фильтр 17, где осуществляется последняя стадия обезвреживания содержащихся в них высокотоксичных и канцерогенных веществ. Адсорбционный угольный фильтр 17 как очистной аппарат для решения задачи высокоэффективного улавливания возгонов тяжелых металлов (свинца, мышьяка, кадмия, ртути и т.п.), имеющих высокую дисперсность (размер частиц менее 1 мкм) обладает набором важных характеристик, таких как высокая адсорбционная способность, развитая поверхность осаждения и др.
Очищенные от органических веществ и тяжелых металлов отходящие газы дымососом 18 через дымовую трубу 19 выбрасываются в атмосферу.
Достижение в изобретении заявляемого технического результата, а именно, обеспечение эффективной очистки отходящих газов от газообразных органических и неорганических вредностей и пыли, и тем самым создание экологически чистого производства, определяется тем, что в условиях длительной промышленной эксплуатации на мусороперерабатывающем комплексе состав отходящих газов, выбрасываемых в атмосферу, полностью соответствует нормативам Российской Федерации и требованиям Директивы Европейского Союза 94/67/ЕС по печам, сжигающим мусор с опасными отходами.