RU2718729C1 - Flare combustion method of sorting solid municipal waste in a fire tube boiler - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering.SUBSTANCE: invention relates to the field of power engineering. Essence of flare combustion method of wastes of solid municipal waste sorting in fire tube boiler consists in that it includes preliminary drying in circulating layer within boiler, starting from wastes supply into drying zone, further circulation of dried wastes into combustion zone, at that, during circulation, wastes are successively subjected to drying in boiling layer, radiation drying in suspended state by direct radiation of burnt waste torches and gas-contact drying in cocurrent high-speed stream of hot gases in smoke tubes with subsequent sedimentation of dried wastes in sedimentation cyclones in external part of circulation circuit outside the boiler and their transportation for combustion to cyclone prefurnace with torch afterburning in combustion chambers.EFFECT: higher efficiency, reliability and improved environmental characteristics of combustion of SMW sorting wastes.1 cl, 1 dwg

Description

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.The invention relates to solving energy and environmental problems in the waste processing industry, in particular, to burning waste for sorting municipal solid waste (MSW), using environmentally friendly drying and without the cost of additional fuel when receiving hot water and steam for the needs of heat and power supply of waste processing enterprises .

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.From open sources, the currently known technology for MSW processing, consisting of waste sorting, is known, in which everything that is possible is put into recycling, and problems arise at the stage of sorting waste disposal.

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.MSW sorting waste can make up to half the mass of MSW received for processing and is a wet mixture of small heterogeneous fractions of paper, fabrics, rubber, wood, plastic, polyethylene, food waste and other things, with a moisture content of 35-40% per working mass and the same ash content. The calorific value of such waste is 6-8 MJ / kg (A.N. Tugov, Doctor of Technical Sciences, O.A.Smirnova, OJSC VTI, MSW Magazine No. 10 2018 “On the issue of construction in Moscow Region MSW incineration plants ”), which is extremely small for a stable combustion process, and therefore direct waste incineration is difficult to achieve without prior dehydration or without backlighting with combustible gas or liquid fuel.

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.Known are layered methods of burning waste on grate, in drum furnaces, in various combinations of a fluidized bed (CS), in the CCS - a circulating fluidized bed (Information and Technical Guide on the best available technologies ITS 9-2015. Thermal waste disposal (waste incineration) , Ch. 2.3). All known methods are focused on burning either dry waste, or use additional fuel.

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.The closest to the claimed method is a known method of burning waste (prototype of the method) in the CCS (Fig. 2.11, p. 67, ibid.), Including a COP device, a lifting branch - an active furnace volume, an integrated ablation precipitator and a lowering branch, which returns to a layer of large mechanical underburning and ash. Initial waste in the form of RDF fuel (granular dry waste) is fed to the KS zone, where it is partially burned out, crushed and blown into a vertical furnace volume, where it is burned in suspension.

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.A device for pyrolysis of RDF fuel in a mechanically fluidized bed using two counter-mounted combustion chambers with a fire rotary chamber between them is known (RU No. 2 670807, class F24H 1/28, F23G 7/00, F22 B1 / 00). The known device is not adapted for the processing of wet waste, it lacks solutions for burning wet waste from MSW and their dehydration in order to organize a stable combustion process.

Технический результат - повышение эффективности, надежности и улучшение экологических характеристик сжигания отходов сортировки ТКО.The technical result is an increase in efficiency, reliability and improvement of the environmental characteristics of the incineration of waste for MSW sorting.

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.The technical result is achieved by the fact that the process of torch burning of waste for sorting municipal solid waste is carried out in a fire tube boiler with preliminary drying in a circulating layer (CS) within the boiler, which includes the supply of waste to the zone of sushka and the subsequent circulation of dried waste into the combustion zone, while in the process circulation of the waste is subjected to successive drying in a COP, radiation drying in suspension by direct radiation from the torches of burnt waste and gas contact drying in a satellite high-speed flow of hot g the basics in the chimneys, followed by the deposition of dried waste in the outer part of the circulation circuit outside the boiler and transporting them for combustion in cyclone pre-furnaces (CPUs) with flaring in the combustion chambers.

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.Efficiency and reliability of waste burning is achieved due to the fact that deep dried waste is supplied to the CPU for burning, which does not require additional fuel for stable burning, while the most effective method of heat transfer is used for drying - direct radiation from torches of already burnt waste, followed by gas contact drying hot flue gases.

Таким образом, для стабилизации процесса горения отпадает необходимость в дополнительном жидком или газообразном топливе.Thus, to stabilize the combustion process, there is no need for additional liquid or gaseous fuel.

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).There is no chemical underburning during the implementation of the proposed method of combustion, since in the collision of two oncoming flares in the drying zone, intensive mixing of hot gases in an oxidizing medium with an excess of air is a quarter more than theoretically necessary (air enters the CPU with the excess air recommended for flaring of pulverized coal fuel 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.The mechanical underburning is reduced to zero, because all the entrained entrained cyclones (OC), together with the dried waste, are returned to incineration, and the smallest fraction consists mainly of ash particles collected in the gas purification system downstream of the flue gas path.

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.Improving the environmental performance of waste incineration is achieved due to the fact that the drying of wet waste begins at a temperature of 1100-1200 ° C, where the flare of waste has already been completed. The drying behind the smoke tubes ends at a temperature of at least 500-600 ° C, thus, the drying agent and waste during drying have time to undergo thermal neutralization within the boiler in the high temperature zone, allowing to decompose any organic substance, and thereby render it harmless. At the same time, at a temperature of 500-600 ° C, condensates of vapors of oxides of heavy metals and acids and secondary organochlorines do not yet appear in flue gases.

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.The lack of constant illumination with additional fuel reduces the total amount of gas emissions from the boiler into the atmosphere by 20-25%, which also improves the environmental component of the proposed method, as well as reduces operating costs for the removal and purification of flue gases.

На фиг. 1 условно изображена схема жаротрубного котла, реализующего способ, и вспомогательное оборудование для сжигания отходов сортировки ТКО.In FIG. 1, a schematic diagram of a fire tube boiler implementing the method and auxiliary equipment for incineration of MSW sorting waste are conventionally shown.

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.The method is implemented in a fire tube boiler containing a horizontal cylindrical boiler water tank 1, two combustion chambers 2, the exhausts of which are connected by a fire rotary chamber (OPK) 3 with exhaust smoke tubes 4 in the upper part of the OPK and a slag chest 5 below, while the combustion chambers are equipped with cyclone pre-furnaces (CPU) 6, in the slag chest there is a lattice 7 of a fluidized bed (CS) device equipped with a chute to remove excess ash and an air supply fitting. The outer part of the waste circulation circuit includes remote precipitation cyclones (OC) 8 and hopper 9.

Стрелками показано движение материальных потоков.Arrows indicate the movement of material flows.

Изобретение имеет следующие отличия от известных способов и прототипа:The invention has the following differences from known methods and prototype:

- 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).- Dry waste is dried in suspension outside the dry waste combustion zone, but using direct radiation from flares, followed by drying with hot gases in a convective way (gas contact drying).

- 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.- The waste incineration in the present invention is carried out by a flare method in a CPU with afterburning in a once-through flare. The use of CPU in the proposed method allows to reduce the chemical length of the combustion flame in the combustion chambers, to reduce the chemical incompleteness of combustion.

Сжигание влажных отходов сортировки ТКО ведется следующим образом:The burning of wet waste from MSW sorting is carried out as follows:

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.Pre-commissioning work is carried out in the scope of the instruction manual. These are works on the steam-water path, including filling the boiler with warm water and testing all the machines and mechanisms. Dry sawdust is loaded into the hopper 9 for starting and heating the system.

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.The boiler is started up and heated up on dry sawdust, which is preliminarily loaded in the amount of 2-3 kg into the CPU 6 through the hatches 10. During the start-up, the fluidized bed grate 7 is closed with a layer of fine vermiculite with a fraction of 3-4 mm and covered with a layer of sawdust.

Режим пуска.Start mode.

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.Using a manual igniter with open hatches 10 from the ends of the CPU 6, the sawdust is ignited, the hatches are closed and air is fed to the CPU 6 with a smooth increase, as a result of which the entire CPU volume is filled with burning sawdust. After 1-2 minutes, when the combustion mode is established, the sawdust from the bunkers 9 starts to be fed into the CPU, then they turn on and then gradually increase the air supply under the CS grill. The total air flow in the CPU is regulated separately to an excess of air α = 1.25.

Набор нагрузки, переход на сжигание отходов сортировки ТКО.A set of loads, the transition to the incineration of waste sorting MSW.

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:Gradually increasing the consumption of sawdust and air in the CPU, the boiler is brought to a load of 25-30%. We turn on the smooth supply of wet waste to the OPK 3 through the gateway 11, while the sawdust supplied to the CPU 6 burns with a torch to the compressor station, the torches of the two combustion chambers 2 end in the OPK 3, a small burn and dried waste are carried into smoke tubes and then taken to the OC 8, where it accumulates in the bunkers 9, a large incomplete burning and dried waste, since it is light, accumulates in the upper part of the compressor station and, being crushed, is carried away into smoke pipes, excess ash, if it appears, is drained through the estrus from the lower part of the compressor station into the ash removal system, reducing so Zoom ash dry waste supplied for combustion to the CPU. Wet waste mixed with large entrainment under the influence of radiation heat from the flames of the combustion chambers is dried in a compressor station, small and dried waste is taken out of the compressor station to the superlayer volume, where it is dried or burned out, or taken into smoke tubes 4. In the bins 9, sawdust is gradually replaced by dry waste caught by OTs. Gradually increasing the flow of air and wet waste to the nominal value, the boiler is brought to the rated load, while:

- 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;- wet waste is introduced into the OPK 3 from above through the gateway 11, falls down to the KS, part of the dry waste is taken out of the KS back to the OPK, and together with the waste falling from above they create a suspended layer, blown by the flares of two combustion chambers from different sides, large fractions return down in the compressor station for drying, small and dry fractions are carried away into the smoke tubes, dried in this confluent flue gas stream, carried out to the SC and deposited in bunkers, from where they are sent to the CPU for combustion and then to the combustion chambers for afterburning;

- 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.- flue gases after OZ are sent to neutralization and purification using alkaline water to remove fumes of salts of heavy metals, organic and inorganic acids and dust from flue gases.

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.The proposed method of incineration of waste for MSW sorting allows to reduce the moisture content of incinerated wastes up to 5%, and ash content up to 7% per working mass and increase the calorific value of incinerated wastes to 18 MJ / kg, which ensures their reliable combustion without additional fuel lighting.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение эффективности, надежности и улучшение экологических характеристик сжигания отходов сортировки ТКО.Thus, the present invention provides an increase in the efficiency, reliability and improvement of the environmental characteristics of the incineration of MSW sorting waste.

Claims (1)

Способ факельного сжигания отходов сортировки твердых коммунальных отходов в жаротрубном котле с предварительной сушкой в циркулирующем слое в пределах котла, включающий подачу отходов в зону сушки и последующую циркуляцию подсушенных отходов в зону горения, отличающийся тем, что в процессе циркуляции отходы подвергают последовательно: сушке в кипящем слое, 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 осадительных циклонах в наружной части контура циркуляции вне котла и транспортировкой их на сжигание в циклонные предтопки с факельным дожиганием в камерах сгорания.A method for flaring waste of sorting municipal solid waste in a fire tube boiler with preliminary drying in a circulating layer within the boiler, comprising supplying waste to the drying zone and subsequent circulation of the dried waste into the combustion zone, characterized in that during the circulation the waste is subjected to the following sequence: drying in boiling layer, suspended radiation drying by direct emission of flames of burned waste and gas contact drying in a satellite high-speed flow of hot gases in smoke tubes with eduyuschim deposition dried waste in the collecting cyclone in the outer circulation circuit outside the boiler and transporting them in a cyclone combustion furnace extension with torch gas afterburning in the combustion chambers.

Images