RU2775593C1 - Способ плавления золошлаков мусоросжигательных заводов - Google Patents

Способ плавления золошлаков мусоросжигательных заводов Download PDF

Info

Publication number
RU2775593C1
RU2775593C1 RU2021133481A RU2021133481A RU2775593C1 RU 2775593 C1 RU2775593 C1 RU 2775593C1 RU 2021133481 A RU2021133481 A RU 2021133481A RU 2021133481 A RU2021133481 A RU 2021133481A RU 2775593 C1 RU2775593 C1 RU 2775593C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
slag
furnace
msw
fly ash
melt
Prior art date
Application number
RU2021133481A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Степанович Аньшаков
Валентин Александрович Фалеев
Павел Вадимович Домаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2775593C1 publication Critical patent/RU2775593C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области переработки твердых коммунальных отходов (ТКО) на мусоросжигательных заводах (МСЗ). Способ плавления золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании (ТКО) на (МСЗ), включает запуск печи, разогрев печи, загрузку материала в объём печи, переплав материала, слив получаемого расплава шлака в водяную ванну, охлаждение расплава шлака и грануляцию. Для запуска печи применяют дуговой разряд, поджиг дуги осуществляют между графитированным и подовым электродами, ванну расплава получают путем плавления предварительно загруженных в печь золы-уноса и шлака от сжигания ТКО на МСЗ, переплав золы-уноса и шлака от сжигания ТКО на МСЗ осуществляют за счёт резистивного нагрева от протекания тока по электродам, электрической дуге, расплаву и расплавляемым золе-уноса и шлаку. Технический результат - длительное и непрерывное плавление золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании ТКО на мусоросжигательных заводах, при незначительном удельном расходе электроэнергии, не превышающем значения 0,8-1,0 кВт⋅ч/кг золы. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области переработки твердых коммунальных отходов (ТКО) на мусоросжигательных заводах (МСЗ), а именно, для плавления золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании ТКО, с получением экологически безопасного химически инертного шлака, пригодного для использования в строительной отрасли. Изобретение применимо также в других отраслях промышленности, где необходимо плавление рудного материала.
Золошлаковые отходы после мусоросжигания, как правило, токсичны и имеют 3 класс опасности. Различают летучую и подовую золы. Летучая зола уносится из камеры с отходящими газами и задерживается рукавными фильтрами. Она содержит повышенное количество легколетучих и тяжелых металлов и диоксинов, абсорбированных на ее частицах. В подовой золе, которая сбрасывается с колосников печи, также присутствуют тяжелые металлы, но меньше, чем в летучей. Есть они и в шлаках, но присутствуют в малорастворимой форме (оксиды и силикаты) [В.П. Лукашов, С.П. Ващенко, Г.И. Багрянцев, Х.С. Пак, Плазмотермическая переработка твердых отходов // Экология и промышленность России, 2005; Х.С. Пак Исследование состава и свойств шлака при плазменном переплаве золы мусоросжигательных заводов // Теплофизика и аэромеханика Т18, №2, 2011 с. 325-333; Ariake K., KogaA., MatsuokaY. et. al. Plasma slagging system for incineration of ash // FAPJG, 1995, N144, P. 3-8].
Одним из эффективных путей решения проблемы переработки золошлаковых отходов является их плавление, что приводит к значительному снижению объема золы и переводу ее в инертный (остеклованный) шлак. Эта технология исключает последующее выщелачивание из расплавленного шлака токсичных веществ. Легкокипящие компоненты золы испаряются из расплава и улавливаются в рукавных фильтрах или на охлаждаемых поверхностях. Особо опасные токсиканты, а именно, диоксины и фураны, легко убрать только повышением температуры до 1200-1400°С.
Известна лабораторная плазменная плавильная установка и способ плазменного переплава золы мусоросжигательных заводов (Х.С. Пак. Исследование состава и свойств шлака при плазменном переплаве золы мусоросжигательных заводов // Теплофизика и аэромеханика, 2011, т. 18, № 2, с. 325-334). Плавильная установка состоит из плавильной камеры, плазмотрона, источника питания плазмотрона и системы его запуска, систем анализа, очистки и удаления газа, образующегося в процессе плавления. Плавильная камера имеет огнеупорную подовую футеровку стен, ее конструкция допускает поворот на 180 градусов для слива расплавленного шлака. Для плавления золы используют плазмотрон струйного типа мощностью до 70 кВт. В результате плазменного переплава золы получается свободный от диоксинов, экологически безопасный шлак.
Известная установка имеет маленькую производительность, так как переработка золы осуществляется дискретным методом по 500 г. Система очистки установки не позволяет достичь экологических норм по вредным выбросам.
Известен блок утилизации золы, используемый в составе комплексной районной тепловой станции переработки и обезвреживания промышленного и бытового мусора города [RU 2502017, 10.05.2012, F23G 5/00; RU 2502018, 10.05.2012, F23G 5/00], содержащий плавильный реактор, футерованный изнутри, плазмотрон, бункер золы с механизмом ввода золы, систему слива расплава и грануляции шлака. Для запуска и последующего плавления золошлаковых отходов используют электродуговой плазмотрон.
Длительность непрерывной работы установки зависит от ресурса работы электродов используемого плазмотрона и составляет не более 500 часов.
Таким образом, в известных решениях, в которых для запуска устройств и последующего плавления золошлаковых отходов используют электродуговые плазмотроны, длительность непрерывной работы устройств зависит от ресурса работы электродов используемого плазмотрона. Ресурс работы известных плазмотронов составляет от 100 до 1000 часов [I.A. Sharina, L.N. Perepechko, P.V. Domarov. Development of technology of plasma processing of technogenic wastes (brief review). Journal of Physics: Conference Series. 2019 J. Phys.: Conf. Ser. 1261012031], и, следовательно, через каждые 100-1000 часов необходимо менять электроды или плазмотрон и запускать устройство.
Известны и широко используются в металлургии руднотермические печи (РТП), которые предназначены для проведения восстановительных электротермических процессов, с помощью которых получают чистые металлы или сплавы металлов из руд, содержащих эти металлы в виде окислов или сернистых соединений. В РТП Нагрев перерабатываемых материалов производят за счет резистивного нагрева шихты. Температура в реакционной зоне - 1500-2000°С. Готовый металлический и шлаковый расплавы периодически сливают через отверстия в футеровке ванны («летки»). Для РТП характерны непрерывный режим работы в течение 1-2 лет и высокие удельные расходы электроэнергии на выпуск единицы продукции, что требует наличия мощного энергетического хозяйства. Удельный расход электрической энергии в зависимости от энергоемкости технологического процесса составляет 2,5-13 МВт ч/т сплава.
Известно использование РТП для плавления шихты, состоящей из золы от сжигания углей в топочных камерах котлов и твердого восстановителя (бурого угля) с целью получения пеносиликата [А.В. Прошкин, В.Ф. Павлов, О.Г. Егорова, Д.С. Калиновский. Летучая зола - сырьевая база для новых теплоизоляционных материалов. Энерго- и ресурсосбережение. https://www.lib.tpu.ru/fulltext/v/Bulletin_TPU/2002/v305/i2/39.pdf]
Информации об использовании РТП для плавления золошлаковых отходов от сжигания ТКО МСЗ не найдено.
Известна печь плазменно-дугового типа для плавления золы [JP 2001324124 (A) - 2001-11-22, F23J 1/00; F27B 3/08; F27D 11/08]. Печь снабжена двумя электродами, нижним, расположенным на ее дне, и основным, проходящим через крышку печи. На дне печи на нижнем электроде расположен металлический материал, а на металлическом материале - шлак. Указанное изобретение направлено на решение задачи продления срока службы электродов за счет обеспечения более точного и быстрого запуска печи.
Следует отметить сложность системы запуска указанной печи, так как для запуска требуется наличие расплавленного металла на подине и шлака на металлическом материале. Кроме того, перед запуском указанной печи требуется расплавить металл, что требует дополнительных затрат электроэнергии и времени.
Задача изобретения - создание простой технологии для осуществления длительного, непрерывного и энергоэффективного режима плавления золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании ТКО на мусоросжигательных заводах, с получением экологически безопасного химически инертного шлака, пригодного для использования в строительной отрасли.
Технический результат - длительноное и непрерывное плавление золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании ТКО на мусоросжигательных заводах, при незначительном удельном расходе электроэнергии, не превышающем значения, известные из литературных источников, 0,8-1,0 кВт⋅ч / кг золы.
Результат достигается за счет того, что для плавления золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании ТКО на МСЗ, использую резистивный нагрев золы-уноса и шлака, что обеспечивает непрерывность и длительность работы печи до 2 лет.
Предлагается способ плавления золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании ТКО на МСЗ, включающий запуск печи, разогрев печи, загрузку материала в объем печи, переплав материала, слив получаемого расплава шлака в водяную ванну, охлаждение расплава шлака и грануляцию. Согласно изобретению, для запуска печи применяют дуговой разряд, поджиг дуги осуществляют между графитированным и подовым электродами, ванну расплава получают путем плавления предварительно загруженных в печь золы-уноса и шлака от сжигании ТКО на МСЗ, переплав золы-уноса и шлака осуществляют за счет резистивного нагрева от протекания тока по электродам, электрической дуге, расплаву и расплавляемым золе-уноса и шлаку. Дуговой разряд применяют для запуска печи при организации первичного канала для прохождения тока, затем переходят на резистивный нагрев золы-уноса и шлака от сжигании ТКО на МСЗ.
Для реализации способа плавления золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании ТКО на МСЗ, используют плазменно-термическую печь, аналогичную РТП с одним электродом.
На фиг. 1 представлена схема плазменно-термической печи, где: 1 - графитированный электрод (катод); 2 - подовый электрод (анод); 3 - корпус печи; 4 - источник питания электрического тока, включающий выпрямитель и трансформатор; 5 - постоянный расплав (болото или ванна расплава); 6 - золошлаковый расплав; 7 - изложница (емкость для слива переплавленного шлака). Плазменно-термическая печь включает также, непоказанные на фиг. 1, блок загрузки перерабатываемого материала из бункеров через труботечки, блок газоочистки, включающий газоохладитель, фильтры и вытяжную трубу; блок утилизации золы, включающий систему слива переплавленного шлака, изложницу, летку.
Корпус 3 печи представляет собой металлический водоохлождаемый кожух, футерованный изнутри (стены и под) высокотемпературным материалом. В рабочем пространстве печи находится графитированный электрод 1, удерживаемый электрододержателем, погруженный в золошлаковый расплав 6. Подовый электрод 2 расположен в поде печи под постоянным расплавом 5.
Поджиг дуги производят между графитированным электродом 1 и подовым электродом 2. Печь разогревают на золе-уноса и шлаке от сжигания ТКО на МСЗ до получения ванны расплава 5. После разогрева производят загрузку материала, а именно, золы-уноса и шлака от сжигания ТКО на МСЗ, в объем печи. Переплав перерабатываемых золы-уноса и шлака производят за счет теплоты, возникающей при протекании тока по электродам, электрической дуге, расплаву и расплавляемому материалу. Время расплава перерабатываемого материала зависит от объема печи и количества золы-уноса и шлака.
Дымовые газы отводят дымососом через фильтры в вытяжную трубу (на фигуре не показано). Из переплавляемых золы-уноса и шлака в систему газоочистки уходят легколетучие компоненты (K, Na, C, Cl, S) и тяжелые металлы (Zn, Cu, Cd, Pb). Здесь же происходит улавливание вторичной пыли с повышенным содержанием тяжелых и цветных металлов.
Получаемый расплав сливают в изложницу 7 (водяную ванну) через летку, пробиваемую по мере накопления расплава. В водяной ванне происходит охлаждение расплава шлака и грануляция. Температура расплава золы на сливе tраспл.слив=1350°С.
Гранулированный шлак в виде частиц размером до нескольких мм имеет высокую устойчивость к растворению в воде и слабых кислотах. Такой шлак относится к 4 классу опасности и пригоден для строительства автодорог, производства строительных материалов.
В целом способа обеспечивает непрерывную переработку до 90% исходной массы золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании ТКО на МСЗ, в экологически безопасные продукты. Диоксины, содержащиеся в исходно материале, в полученном остеклованном шлаке отсутствуют полностью.
Длительность непрерывного режима работы плазменно-термической печи составляет 1-2 года. Удельный расход электроэнергии на плавление золы-уноса и шлака не превышает 0,8-1,0 кВт⋅ч на килограмм золы-уноса и шлака.
Для подтверждения осуществления изобретения была проведена экспериментальная плавка золы мусоросжигательного завода в РТП. В результате переплава золы мусоросжигательного завода получились мелкие частички остеклованного шлака в виде крупного песка (фиг. 2).
На весь цикл переплава 320 кг золы мусоросжигательного завода и 50 кг известняка при получении остеклованного шлака было затрачено 402 кВт ч электроэнергии. Удельные энергозатраты составили 1,08 кВт⋅ч на килограмм золы.
По литературным данным удельные энергозатраты на плавление золы составляют 0,8-1,0 кВт⋅ч на килограмм золы [В.П. Лукашов, С.П. Ващенко, Г.И. Багрянцев, Х.С. Пак, Плазмотермическая переработка твердых отходов // Экология и промышленность России, 2005; Х.С. Пак Исследование состава и свойств шлака при плазменном переплаве золы мусоросжигательных заводов // Теплофизика и аэромеханика Т18, №2, 2011 с. 325-333; Ariake K., Koga A., Matsuoka Y. et al. Plasma slagging system for incineration of ash // FAPJG, 1995, N144, P. 3-8].
Таким образом, показана возможность использования печи, аналогичной известной из области техники руднотермической печи, для переплава золы МСЗ с получением нового технического результата. При этом сохраняется основное преимущество использования такой печи, а именно, длительная непрерывная работа до 2-х лет, а удельные затраты электроэнергии уменьшаются в 2-3 раза и соответствуют известным технологиям, основанным на использовании электродуговых плазмотронов. Следует отметить, что длительность работы известных установок, основанных на использовании электродуговых плазмотронов для плавления золошлаковых отходов МСЗ, зависит от ресурса работы электродов используемых электродуговых плазмотронов, который на сегодняшний момент составляет от 100 до 1000 часов согласно открытым данным.

Claims (1)

  1. Способ плавления золы-уноса и шлака, образующихся при сжигании твердых коммунальных отходов (ТКО) на мусоросжигательных заводах (МСЗ), включающий запуск печи, разогрев печи, загрузку материала в объём печи, переплав материала, слив получаемого расплава шлака в водяную ванну, охлаждение расплава шлака и грануляцию, отличающийся тем, что для запуска печи применяют дуговой разряд, поджиг дуги осуществляют между графитированным и подовым электродами, ванну расплава получают путем плавления предварительно загруженных в печь золы-уноса и шлака от сжигания ТКО на МСЗ, переплав золы-уноса и шлака от сжигания ТКО на МСЗ осуществляют за счёт резистивного нагрева от протекания тока по электродам, электрической дуге, расплаву и расплавляемым золе-уноса и шлаку.
RU2021133481A 2021-11-18 Способ плавления золошлаков мусоросжигательных заводов RU2775593C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2775593C1 true RU2775593C1 (ru) 2022-07-05

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040864C1 (ru) * 1990-03-19 1995-07-25 Клесим Плавильная электрическая печь постоянного тока
JP2001324124A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd プラズマアーク式灰溶融炉
JP2004045030A (ja) * 2003-09-30 2004-02-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 廃棄物溶融炉
RU166293U1 (ru) * 2016-05-10 2016-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Плазменно-резистивная шахтная электропечь для переработки твёрдых углеродсодержащих техногенных отходов

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040864C1 (ru) * 1990-03-19 1995-07-25 Клесим Плавильная электрическая печь постоянного тока
JP2001324124A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd プラズマアーク式灰溶融炉
JP2004045030A (ja) * 2003-09-30 2004-02-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 廃棄物溶融炉
RU166293U1 (ru) * 2016-05-10 2016-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Плазменно-резистивная шахтная электропечь для переработки твёрдых углеродсодержащих техногенных отходов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5361971B2 (ja) プラズマアークを用いた焼却灰の処理装置及び方法
US5925165A (en) Process and apparatus for the 3-stage treatment of solid residues from refuse incineration plants
JPH08206629A (ja) ゴミ焼却装置からの固体残留物の処理方法、及びその方法を利用する装置
CN112122307A (zh) 危险废物等离子体熔融处理***
RU2775593C1 (ru) Способ плавления золошлаков мусоросжигательных заводов
RU2343353C2 (ru) Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов
Drouet et al. Drosrite salt-free processing of hot aluminum dross
JPH06296956A (ja) ゴミ焼却装置で発生した固体残さ物からガラス及び金属を回収する方法及び装置
JP3280265B2 (ja) 焼却残渣と飛灰の溶融処理装置及びその溶融処理方法
RU2461776C1 (ru) Способ безотходной термической переработки твердых коммунальных отходов и агрегат для его осуществления
KR200231985Y1 (ko) 브라운 가스를 이용한 용융처리 장치
JPH0355410A (ja) 焼却灰の溶融処理方法
Kurka et al. Reducing the content of zinc in metallurgical waste in a rotary kiln
JP4216160B2 (ja) 産業廃棄物処理装置
CN218972671U (zh) 一种等离子熔融炉
RU2012119234A (ru) Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов и мусоросжигательный завод для его осуществления
RU2769386C1 (ru) Устройство для остеклования токсичных отходов с высокой зольностью методом высокотемпературной обработки
RU2147712C1 (ru) Способ термической переработки твердых отходов
KR100535196B1 (ko) 화격자소각로로부터의플라이더스트를열적처리하기위한방법및장치
JP2005120420A (ja) ボーキサイト溶解残渣の処理方法
SU1767290A1 (ru) Печь непрерывного действи дл сжигани твердых бытовых отходов
JPS60103215A (ja) 廃棄物処理方法
JPH0519277B2 (ru)
RU2134304C1 (ru) Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи
Drouet Drosrite extensive on-site hot dross treatment tests