Патент на изобретение №2347140

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ОТХОДОВ

(57) Реферат:

Устройство для сжигания отходов содержит зону сжигания, регенератор периодического действия, узел подачи отходов в зону сжигания, кожух-обечайку, емкость для сбора золы, средства смачивания золы и средства удаления смоченной золы. Регенератор периодического действия размещен в кожухе-обечайке и выполнен в виде трехслойного цилиндра, состоящего из внутренней перфорированной трубы, наружной защитной сетки и размещенного между ними слоя регенеративной набивки. Зона сжигания размещена внутри перфорированной трубы регенератора. Зона сжигания в нижней части сообщена с узлом подачи отходов, а в верхней части – с емкостью для сбора золы. Стенки зоны сжигания выполнены из расположенных с зазором одна относительно другой вдоль перфорированной трубы регенератора теплообменных труб, выходные отверстия которых с каждой стороны сообщены коллекторами. Кожух-обечайка и регенератор разделены на две части продольными стенками, расположенными диаметрально напротив одна другой, при этом зона сжигания в плане выполнена в виде прямоугольника, продольные стенки, разделяющие кожух-обечайку и регенератор, установлены параллельно большим сторонам зоны сжигания и снабжены направляющими элементами, образующими с меньшими сторонами зоны сжигания каналы для пропуска воздуха. Меньшие стороны зоны сжигания футерованы, а перфорированная труба регенератора выполнена с продольными футерованными сегментами, расположенными напротив больших сторон зоны сжигания. Технический результат: расширение технологических возможностей при сохранении высокой эффективности сжигания отходов. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство предназначено для сжигания (уничтожения) различных отходов.

Известно устройство для сжигания отходов (мусора), содержащее емкость для сжигания мусора с узлом подачи воздуха и узел для удаления продуктов сгорания. Узел подачи воздуха содержит по крайней мере два отверстия. Одно из этих отверстий расположено в первом торце емкости. Второе отверстие расположено во втором, противоположном, торце емкости. Устройство содержит узел для эжекции газа из емкости, выход которого расположен у отверстия второго торца. При этом в качестве узла для эжекции газа емкость может содержать по крайней мере один парогенератор, включающий блок подогрева воды, размещенный в емкости для сжигания мусора у второго ее торца (Патент России N 2112906, 1998). Данное устройство решает многие проблемы высокоэффективного сжигания мусора, тем не менее, ее сложно использовать при решении некоторых задач, например, непрерывного сжигания мусора.

Была поставлена задача создания такой установки для сжигания отходов, которая обладало бы при сохранении высокой эффективности сжигания более широкими для промышленного использования возможностями, в частности возможностью непрерывной подачи и сжигания мусора.

Задача решается настоящим изобретением.

Устройство для сжигания отходов содержит зону сжигания, регенератор периодического действия, узел подачи отходов в зону сжигания, кожух-обечайку, при этом согласно изобретению регенератор периодического действия размещен в кожухе-обечайке и выполнен в виде трехслойного цилиндра, состоящего из внутренней перфорированной трубы, наружной защитной сетки и размещенного между ними слоя регенеративной набивки, зона сжигания размещена внутри перфорированной трубы регенератора периодического действия, причем стенки зоны сжигания выполнены из расположенных с зазором одна относительно другой вдоль перфорированной трубы регенератора периодического действия теплообменных труб, выходные отверстия которых с каждой стороны сообщены коллекторами, причем зона сжигания сообщена с узлом подачи отходов, а кожух-обечайка и регенератор периодического действия разделены на две части продольными стенками, расположенными диаметрально напротив одна другой.

Предпочтительно зона сжигания в плане выполнена в виде прямоугольника, продольные стенки, разделяющие кожух-обечайку и регенератор периодического действия, установлены параллельно большим сторонам зоны сжигания и снабжены направляющими элементами, образующими с меньшими сторонами зоны сжигания каналы для пропуска воздуха.

Меньшие стороны зоны сжигания предпочтительно футерованы, а перфорированная труба регенератора периодического действия выполнена с продольными футерованными сегментами, расположенными напротив больших сторон зоны сжигания.

Перфорированная труба регенератора периодического действия может быть выполнена из огнеупорного материала, например из кирпича.

В качестве регенеративной набивки в регенераторе периодического действия может быть использован гравий.

Узел подачи отходов в зону сжигания предпочтительно выполнен в виде загрузочного бункера, по крайней мере, с двумя каналами подачи отходов в зону сжигания и механизмами подачи отходов в зону сжигания.

Каналы подачи отходов в зону сжигания предпочтительно выполнены расширяющимися по ходу движения отходов.

Устройство может содержать емкость для сбора золы и быть оборудовано средствами смачивания золы и средствами удаления смоченной золы.

Зона сжигания в нижней части предпочтительно сообщена с узлом подачи отходов, а в верхней части – с емкостью для сбора золы.

На Фиг.1 изображен вертикальный разрез устройства.

На Фиг.2 изображен горизонтальный разрез устройства.

На Фиг.3 изображен вертикальный разрез устройства удаления золы.

На Фиг.4 изображен горизонтальный разрез устройства удаления золы.

Устройство для сжигания отходов содержит кожух-обечайку 1, внутри которого свободно размещен регенератор периодического действия, выполненный в виде трехслойного цилиндра, состоящего из перфорированной трубы 2, выполненной, например, из огнеупорного кирпича, кольцевого слоя регенеративной набивки 3 и защитной сетки 4.

Внутри перфорированной трубы 2 регенератора периодического действия расположена зона сжигания 5 отходов, стенки которой выполнены из теплообменных труб 6 и образуют в плане прямоугольник, при этом теплообменные трубы 6 установлены с зазором. Выходные отверстия теплообменных труб 6, с одной стороны сообщены коллектором 7, а с другой – коллектором 8.

Кожух-обечайка 1 и регенератор периодического действия разделены продольными стенками 9, каждый соответственно на две части. Продольные стенки 9 снабжены направляющими элементами 10, расположенными внутри перфорированной трубы 2 и образующими с меньшими стенками зоны сжигания 5 каналы 11 для пропуска воздуха. При этом меньшие стенки зоны сжигания 5 футерованы, а перфорированная труба 2 регенератора периодического действия выполнена с продольными футерованными сегментами 12, расположенными диаметрально напротив больших сторон зоны сжигания 5.

Узел подачи отходов в зону сжигания 5, размещенный ниже зоны сжигания 5, включает в себя загрузочный бункер 13, каналы 14 подачи отходов и механизмы 15 подачи отходов в зону сжигания 5.

Каналы 14 подачи отходов в зону сжигания 5 выполнены с поперечным сечением, увеличивающимся по ходу движения отходов, а механизмы подачи отходов выполнены в виде гидравлических толкателей или шнеков, при этом загрузочный бункер 13 разделен на отсеки 16, каждый из которых сообщен с соответствующим каналом 14 подачи отходов и оборудован механизмом 15 подачи отходов в зону сжигания 5.

Устройство также содержит емкость 17 для сбора золы, сообщенную с зоной сжигания 5 и оборудованную средствами 18 для смачивания золы и средствами 19 для удаления смоченной золы, а также емкости 20, сообщенные с зоной сжигания 5 с противоположной от емкости 17 стороны.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают предпочтительно вертикально на основании 21, в котором выполняют или размещают емкости 20 для сбора просыпавшейся золы и ее расплава, образующихся в зоне сжигания 5 в процессе сжигания отходов.

В одной из частей обечайки 1, например в правой, создают, предпочтительно вентилятором, разрежение (пониженное давление). В результате атмосферный воздух поступает в противоположную левую часть обечайки 1 и далее последовательно проходит через защитную сетку 4, слой регенеративной набивки 3, в качестве которой предпочтительно используется гравий, и перфорированную трубу 2. После прохождения слоя нагретой регенеративной набивки 3 воздух нагревается до температуры 1000-1300°С, предварительный нагрев регенеративной набивки 3 обеспечивается многократным изменением направления потоков воздуха и пропусканием его через зону сжигания 5.

Далее нагретый воздух разделяется на три потока: два потока движутся в обход зоны сжигания 5 по каналам 11 для пропуска воздуха, а остальная часть воздуха последовательно фильтруется сквозь зазоры левого ряда теплообменных труб 6, затем сквозь сжигаемые отходы (топливо) в зоне сжигания 5, а затем сквозь зазоры правого ряда теплообменных труб 6. По теплообменным трубам 6 проходит теплоноситель, нагревающийся в процессе прохождения и одновременно охлаждающий их в процессе прохождения. Естественно, воздух, проходящий левый ряд теплообменных труб 6, а также дымовые газы, проходящие правый ряд теплообменных труб 6, также охлаждаются. При движении теплоносителя по теплообменным трубам 6 происходит отвод тепла по периметру зоны горения в зоне сжигания 5. В результате отвода тепла по периметру зоны сжигания 5, температура горения в зоне сжигания 5 снижается и не достигает температуры плавления золы.

При этом воздух в зону сжигания 5 вводится в количестве, недостаточном для сжигания топлива, но достаточном для дожигания кокса в верхней части зоны сжигания 5. При этих условиях сквозь межтрубные зазоры теплообменных труб 6 выходит смесь пиролизных газов, водяного пара и продуктов сгорания. Выходящая смесь захватывается встречными струями высокотемпературного воздуха, выходящего из каналов 11 для пропуска воздуха. При их смешивании пиролизные газы догорают, повышая температуру смеси. Частицы золы, вынесенные из зоны горения, после столкновения струй оседают на футерованных сегментах 12 перфорированной трубы 2 в твердой или расплавленной форме. Расплав стекает в емкости 20, откуда периодически сливается, или емкости заменяются.

Очищенные дымовые газы разделяются на два потока, образуя парный вихрь. Далее дымовые газы распределяются по внутренней поверхности правой части перфорированной трубы 2 по обе стороны от футерованных сегментов 12 и через перфорации поступают в слой регенеративной набивки 3, проходя через регенеративную набивку 3, газы передают ей аккумулированное ими тепло, обеспечивая следующий цикл нагрева воздуха при изменении направления его движения.

Подачу отходов (топлива) в зону сжигания 5, по мере их сгорания и обработки золы, осуществляют следующим образом. Отходы, подлежащие сжиганию, загружают в бункер 13, например, самосвалом. Механизмы 15 подачи отходов одновременно или поочередно подают отходы по расширяющимся каналам 14 в зону сжигания 5. Плавное монотонное увеличение сечения каналов 14 предотвращает их заклинивание крупными кусками отходов или попавшими в них крупными предметами, при этом, за счет сводообразования, предотвращается обратное движение отходов под действием веса столба отходов при возвратном движении механизмов 15. Отходы, поступая в зону сжигания 5, подвергаются сушке, пиролизу, сжиганию, дожиганию кокса при фильтрации через их слой предварительно нагретого воздуха. Все выделенное при сжигании отходов тепло, кроме потерь в регенераторе периодического действия, отводится теплоносителем, проходящим по теплообменным трубам 6, и подается потребителю. Так как теплообменные трубы 6 находятся в высокотемпературной зоне, то возможно получение высокопотенциального тепла, например, для работы газовой турбины.

При регенерации тепла без заметного понижения температуры горения отходов обеспечивается общий коэффициент избытка воздуха, составляющий несколько единиц. Высокий коэффициент избытка воздуха позволяет компенсировать внезапные выбросы пиролизных газов. Одновременное длительное нахождение большого количества топлива, находящегося на разных стадиях сушки, пиролиза и горения кокса, стабилизирует процесс горения. Следующим фактором, обеспечивающим саморегуляцию горения при постоянной средней скорости подачи отходов, является изменение высоты столба золы. При поступлении рыхлой и хорошо сгораемой порции отходов весь процесс горения будет заканчиваться в нижней части зоны сжигания 5, остальная часть зоны сжигания 5 будет заполнена золой. И, наоборот, при поступлении трудносгораемого топлива зона горения будет занимать значительную часть зоны сжигания 5.

Кроме того, нижняя подача отходов (топлива) обеспечивает перемешивание отходов в зоне сжигания 5 процессе их горения. Так как отходы подаются снизу как минимум по двум каналам 14, то при поочередной подаче отходов в неподвижной половине зоны сжигания 5 будет происходить выгорание части объема отходов с образованием пустот, заполняемых путем обрушения отходов с боковых стенок зоны сжигания 5, ее крыши и поперечным перемещением подаваемых в другую половину зоны сжигания 5 отходов.

Совокупность существенных конструктивных признаков заявленного устройства обеспечивает:

– подачу отходов снизу как минимум по двум каналам, что позволяет исключить колосниковую решетку, убрать из зоны горения неохлаждаемые, дорогие и недолговечные механические элементы и обеспечить перемешивание отходов в процессе горения за счет сил тяжести;

– заполнение верхней части зоны сжигания отходов смоченной золой, исключающей выбросы дымовых газов;

– периодический регенеративный нагрев воздуха до температуры, превышающей температуру сжигания твердой фазы отходов;

– совмещение процесса выдержки продуктов сгорания при высокой температуре с отделением небольшой части золы;

– использование регенеративной набивки для быстрого охлаждения продуктов сгорания без потерь тепла. (Как правило, охлаждение проводят за счет передачи тепла в теплообменнике внешнему потребителю либо путем перемешивания с холодной средой. В обоих случаях достичь требуемой высокой температуры горения можно только за счет сжигания добавочного топлива.);

– существенное снижение потерь тепла в окружающую среду за счет размещения зоны сжигания отходов внутри регенератора.

Таким образом, заявленное устройство благодаря выполнению зоны сжигания отходов из теплообменных труб, размещению ее внутри регенератора периодического действия, а также использованию регенеративной набивки для нагрева атмосферного воздуха, подаваемого в зону сжигания отходов и охлаждения продуктов сгорания (дымовых газов), обеспечивает отсутствие диоксинов в продуктах сгорания отходов за счет:

– сжигания пиролизных газов при температуре выше 1200°С благодаря подаче в зону сжигания воздуха такой температуры;

– выдержки продуктов сгорания при этой температуре не менее 2 с – время, необходимое для перемещения дымовых газов до внутренней стенки перфорированной трубы регенератора периодического действия;

– охлаждения продуктов сгорания менее чем за 0,5 с – время, необходимое для прохождения регенеративной набивки толщиной 0,2 м со скоростью 1 м/с.

Формула изобретения

1. Устройство для сжигания отходов, содержащее зону сжигания, регенератор периодического действия, узел подачи отходов в зону сжигания, кожух-обечайку, емкость для сбора золы, оборудованное средствами смачивания золы и средствами удаления смоченной золы, при этом регенератор периодического действия размещен в кожухе-обечайке и выполнен в виде трехслойного цилиндра, состоящего из внутренней перфорированной трубы, наружной защитной сетки и размещенного между ними слоя регенеративной набивки, зона сжигания размещена внутри перфорированной трубы регенератора периодического действия, зона сжигания в нижней части сообщена с узлом подачи отходов, а в верхней части – с емкостью для сбора золы, причем стенки зоны сжигания выполнены из расположенных с зазором одна относительно другой вдоль перфорированной трубы регенератора периодического действия теплообменных труб, выходные отверстия которых с каждой стороны сообщены коллекторами, а кожух-обечайка и регенератор периодического действия разделены на две части продольными стенками, расположенными диаметрально напротив одна другой, при этом зона сжигания в плане выполнена в виде прямоугольника, продольные стенки, разделяющие кожух-обечайку и регенератор периодического действия, установлены параллельно большим сторонам зоны сжигания и снабжены направляющими элементами, образующими с меньшими сторонами зоны сжигания каналы для пропуска воздуха, меньшие стороны зоны сжигания футерованы, а перфорированная труба регенератора периодического действия выполнена с продольными футерованными сегментами, расположенными напротив больших сторон зоны сжигания.

2. Устройство по п.1, в котором перфорированная труба регенератора периодического действия выполнена из огнеупорного материала, например из кирпича.

3. Устройство по п.1, в котором в качестве регенеративной набивки в регенераторе периодического действия использован гравий.

4. Устройство по п.1, в котором узел подачи отходов в зону сжигания выполнен в виде загрузочного бункера, по крайней мере, с двумя каналами подачи отходов в зону сжигания и механизмами подачи отходов в зону сжигания.

5. Устройство по п.4, в котором каналы подачи отходов в зону сжигания выполнены расширяющимися по ходу движения отходов.

РИСУНКИ