Спосіб знешкодження відходів в обертових печах

1. Спосіб знешкодження відходів в обертових печах, який включає завантаження сировинного матеріалу з верхнього «холодного» краю печі, одночасну подачу в обертову піч з нижнього «гарячого» краю через відкритий отвір попередньо підігрітого повітря, подачу окремо від підігрітого повітря палива і відходів через пальниковий пристрій, причому розпилені відходи вводять безпосередньо в факел, що горить, який відрізняється тим, що як паливо беруть горючий газ, відходи беруть у рідинно-плинному стані, розпилення рідинно-плинних відходів здійснюють спочатку за допомогою форсунки пальникового пристрою, а потім - за допомогою струменя газоподібного палива. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що масова витрата відходів, які подають у піч для знешкодження, становить 0,15-5% від масової витрати сировинного матеріалу. 3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що газоподібне паливо на виході з пальникового пристрою має швидкість, яку розраховують за формулою: Винахід належить до промисловості будівельних матеріалів і може бути використаний для знешкодження відходів, які містять неорганічні речовини (сполуки металів, сірки і кремнію) і/ або органічні речовини (шлами нафтопереробки та машинобудування, відходи целюлозно-паперової та спиртової промисловості, змивні води автомобільного, залізничного, морського та річкового транспортів, забруднені, обводнені, неякісні або зіпсовані палива та палива, одержані з відходів, в тому числі, на основі водних або мазутних суспензій, відходів вуглезбагачення та смол коксохімії тощо). Відходи можуть бути у вигляді рідин, розчинів, емульсій, суспензій, розплавів тощо. Відомий спосіб та пристрій для сумісного спалювання небезпечних відходів у промислових обертових печах (Європейський патент № 0382673 МПК5 F 23 G 5/20, 5/27, С 04 В 7/24, 1990), згідно з яким відходи в твердому, пастоподібному, мазе подібному або глеєподібному вигляді подають в довгомірну циліндричну обертову похилу піч з нижнього «гарячого» краю через відкритий отвір. Попередньо підігріте повітря для горіння подають у піч з того ж нижнього «гарячого» краю через відкритий отвір. Основне паливо для опалювання печі подають з нижнього «гарячого» краю за допомогою пальникового пристрою та спалюють, змішуючи з повітрям у зоні горіння печі. Сировинний матеріал (цементний шлам) у вигляді водної суспензії, що містить карбонат кальцію та оксиди кремнію, алюмінію, сполуки заліза тощо, подають одночасно з паливом з протилежного верхнього «холодного» краю печі в протитечії до продуктів згоряння. Далі при обертанні печі матеріал перемішується та пересувається від верхнього «холодного» краю до нижнього «гарячого» краю назустріч продуктам згоряння, поступово перетворюючись у кінцевий продукт. Відходи для знешкодження вво UA (11) 36184 (13) A , (19) V = V0 1 + A × Q / Qmax де V - швидкість виходу газу з пальникового пристрою при знешкодженні рідинно-плинних відходів, Vo - швидкість виходу газу з пальникового пристрою у звичайному режимі без введення в піч рідинно-плинних відходів, Q max - максимально можлива масова витрата рідинно-плинних відходів, яка становить 5% від масової витрати сировинного матеріалу, що подають у піч, Q - дійсна масова витрата рідинно-плинних відходів, які подають в газовий факел цементної обертової печі, А - емпіричний коефіцієнт, який може мати числові значення 0,35-0,55 у залежності від якості рідинно-плинних відходів - в'язкості, однорідності та їх густини. 36184 дять у зону горіння, де температура перевищує 1200°С. При цьому за час перебування відходів у зоні горіння (понад 2 секунди) забезпечується їх повне знешкодження. Продукти згоряння відходів у вигляді подової золи, золи виносу та відхідних газів взаємодіють з оброблюваним у печі матеріалом. При цьому утилізують теплоту від згоряння відходів, а продукти згоряння відходів (сполуки металів, оксиди кремнію та сірки) хімічно зв'язуються з оброблюваним у печі матеріалом. Патент передбачає різні варіанти введення відходів до печі, наприклад, у стальних бочечках через бічний отвір за допомогою завантажувача або з нижнього «гарячого» краю через відкритий отвір закиданням, або вдуванням в піч при попередній газифікації чи попередньому змішуванні відходів з порошковим або гранульованим матеріалом. Причинами, які перешкоджають одержанню потрібного технічного результату є те, що відходи не потрапляють безпосередньо в палаючий факел, де найвища в печі температура та найкращі умови для знешкодження відходів. Тому спосіб має порівняно невисоку надійність знешкодження відходів. Як прототип обрано найбільш близький за сукупністю суттєвих ознак з даним винаходом спосіб спалювання відходів, за допомогою пальникового пристрою при виробництва цементного клінкеру (Патент ФРН № 3838750, МПК4 F 23 G 5/00, F 23 К 3/02, С 04 В 7/48, 1989 р.). Згідно з прототипом, як основне паливо використовують вугілля або мазут. Повітря для горіння, попередньо підігріте, подають в довгомірну циліндричну обертову похилу піч з нижнього «гарячого» краю через відкритий отвір. Основне паливо для опалювання печі подають одночасно, але окремо, від підігрітого повітря в піч з того ж нижнього «гарячого» краю за допомогою пальникового пристрою та спалюють, змішуючи з підігрітим повітрям у зоні горіння печі. Сировинний матеріал (цементний шлам) у вигляді водної суспензії, що містить карбонат кальцію та оксиди кремнію, алюмінію, сполуки заліза тощо, подають одночасно з паливом з протилежного верхнього «холодного» краю печі в протитечії до продуктів згоряння. Далі матеріал, оброблюваний у печі, перемішують та пересувають від вер хнього «холодного» краю до нижнього «гарячого» краю назустріч продуктам згоряння при обертанні печі. При цьому матеріал висушують, нагрівають, декарбонізують та випалюють. Відходи в подрібненому вигляді, з попереднім утворенням суміші з повітрям, подаються до печі пневмотранспортом. В піч для знешкодження та спалювання відходи вводяться за допомогою пальникового пристрою, який направляє їх безпосередньо в факел, що горить, де має місце найвища у печі температура та найкращі умови для знешкодження шкідливих відходів. Потім продукти згоряння відходів у вигляді подової золи, золи виносу та відхідних газів взаємодіють з оброблюваним у печі матеріалом, утворюючи нетоксичні продукти. При цому утилізують теплоту згоряння і хімічно зв'язують з оброблюваним в печі матеріалом сполуки металів, оксиди кремнію та сірки, які утворились при термічній обробці відходів. Суттєві ознаки прототипу, які збігаються з ознаками винаходу: - завантаження сировинного матеріалу з верхнього «холодного» краю печі, - одночасна подача в обертову піч з нижнього «гарячого» краю через відкритий отвір попередньо підігрітого повітря, - подача окремо від підігрітого повітря палива і відходів через пальниковий пристрій, причому розпилені відходи вводять безпосередньо в факел, що горить, - згоряння. Причинами, які перешкоджають одержанню потрібного технічного результату при використанні прототипу, є те, що застосування способу-прототипу обмежене лише використанням відходів у твердому вигляді. Система подавання відходів за допомогою пневмотранспорту конструкційно складна і не може забезпечити потрібну надійність роботи. В основу винаходу покладено задачу: у способі спалювання відходів в обертових печах, за рахунок зміни умов та параметрів технологічного процесу, підвищи ти надійність знешкодження відходів, а також розширити асортимент відходів, що можуть знешкоджуватися. Крім того, спосіб сприяє покращанню стану навколишнього середовища, дає змогу ефективно утилізувати теплоту та продукти згоряння великотоннажних рідинно-плинних промислових відходів. Поставлена задача вирішується тим, що у способі знешкодження відходів в обертових печах, який включає завантаження сировинного матеріалу з верхнього «холодного» краю печі, одночасну подачу в обертову піч з нижнього «гарячого» краю через відкритий отвір попередньо підігрітого повітря, подачу окремо від підігрітого повітря палива і відходів через пальниковий пристрій, причому розпилені відходи вводять безпосередньо в факел, що горить, згідно з винаходом, як паливо беруть горючий газ, відходи беруть у рідинно-плинному стані, розпилення рідинно-плинних відходів здійснюють спочатку за допомогою форсунки пальникового пристрою, а потім - за допомогою струменя газоподібного палива. Крім того, масова витрата відходів, які подають у піч для знешкодження, становить 0,15-5% від масової витрати сировинного матеріалу. Згідно з винаходом, газоподібне паливо на виході з пальникового пристрою має швидкість, яку розраховують за формулою: V = V0 1 + A × Q / Qmax , де V - швидкість виходу газу з пальникового пристрою при знешкодженні рідинно-плинних відходів, Vo - швидкість виходу газу з пальникового пристрою у звичайному режимі без введення в піч рідинно-плинних відходів, Q max - максимально можлива масова витрата рідинно-плинних відходів, яка становить 5% від масової витрати сировинного матеріалу, що подають у піч, Q - дійсна масова витрата рідинно-плинних відходів, які подають в газовий факел цементної обертової печі, 2 36184 А - емпіричний коефіцієнт, який може мати числові значення 0,35-0,55 у залежності від якості рідинно-плинних відходів (в'язкості, однорідності та їх густини). Між сукупністю суттєвих ознак способу і технічним результатом існує такий причинно-наслідковий зв'язок. Суттєві ознаки, що відрізняють винахід від прототипу, відомі з джерел науково-технічної інформації, кожна окремо: відоме використання газоподібного палива в обертових печах (В.Н. Юнг и др. Технология вяжущи х ве ществ, М.: С тройиздат, 1952. - 600 с. - С. 218], відомим є також спалювання рідинно-плинних відходів в знешкоджувальних установках (Патент Російської Федерації № 2055270 МПК6 F 23 G 7/04, бюл. № 6, 1996) або знешкодження рідинно-плинних відходів у технологічних печах шляхом підмішування їх у рідке паливо з подальшим спалюванням (АС СРСР № 1835029 МПК5 F 23 G 7/05, бюл. № ЗО, 1993). У винаході сукупність суттєвих ознак проявляє якісно нові властивості, які не є арифметичною сумою ефектів кожної відрізнюваної ознаки, взятої окремо. Завдяки наявності причинно-наслідкового зв'язку, винахід забезпечує досягнення технічного результату: підвищення надійності та безпечності процесу знешкодження відходів. Для здійснення способу використовували такі пристрої та матеріали: - обертова цементна піч 3,6 ´ 150 м; - пальниковий пристрій за авторським свідоцтвом № 926434, МПК3 F23D17/00, бюл. № 17, 1982 ; - природний газ з газової мережі під тиском 0,1-0,6 МПа; - повітря, підігріте до температури 350-380°С; - сировинний матеріал для виробництва цементу, що являє собою водну суспензію мергелю з коригуючими добавками, який містив карбонат кальцію та оксиди кремнію, алюмінію, сполуки заліза; - рідкі відходи механічного виробництва підшипників - відпрацьовані мастильно-охолодні рідини (МОР), що належать за загальнотоксичною дією до четвертого класу небезпечності (за ГОСТ 12.1.007-76), які попередньо концентрували за допомогою коагулянтів (Al2(SO4) 3 та поліакриламіду) у процесі флотації до вмісту нафтопродуктів на рівні 40-65%; - рідкі відходи коксохімічного виробництва, що містили феноли та інші екологічно шкідливі речовини; - відходи целюлозно-паперового виробництва лігносульфонати те хнічні (ЛСТ) з густиною 1170 кг/м 3 та вмістом вологи 64%; - відходи цукрово-спиртового виробництва: мелясна упарена післядріжджова барда (УПБ) продукт, що утворюється після біосинтезу кормових дріжджів за ГОСТ 18-126-83, з вмістом вологи 71%. Спосіб здійснюють таким чином: виходячи з потрібної масової витрати рідинно-плинних відходів, які подають в газовий факел цементної обертової печі (Q), розраховують V - швидкість виходу газу з пальникового пристрою при знешкодженні рідинно-плинних відходів за формулою: V =V0 1 + A× Q / Qmax де V - швидкість виходу газу з пальникового пристрою при знешкодженні рідинно-плинних відходів, Vo - швидкість виходу газу з пальникового пристрою у звичайному режимі без введення в піч рідинно-плинних відходів, Q max - максимально можлива масова витрата рідинно-плинних відходів, що може бути введена в пыч, і яка становить 5% від масової витрати сировинного матеріалу, що подають у піч, Q - дійсна масова витрата рідинно-плинних відходів, які подають в газовий факел цементної обертової печі для знешкодження, А - емпіричний коефіцієнт, який може мати числові значення 0,35-0,55, у залежності від якості рідинно-плинних відходів (в'язкості, однорідності та густини). Після цього встановлюють, відповідно до обчислень, розраховану швидкість виходу горючого газу, у працюючу в звичайному режимі обертову піч подають через пальниковий пристрій рідинноплинні відходи. Для перевірки надійності знешкодження відходів на ви ході з обертової печі у відхідних газах контролювали вміст шкідливих речовин (продукти неповного згорання, NOx, SO2) за допомогою газоаналізаторів Газохром 3101 та УГ-2. Одержаний цементний клінкер відправляли у центральну заводську лабораторію для перевірки якості цементу. Далі винахід ілюструється наступними конкретними прикладами реалізації. Приклад 1. Для знешкодження були взяті рідкі відходи механічного виробництва підшипників відпрацьовані мастильно-охолодні рідини (МОР), що належать за загальнотоксичною дією до четвертого класу небезпечності (за ГОСТ 12.1.007-76), попередньо зконцентровані за допомогою коагулянтів Аl2(SO 4)3 та поліакриламіду у процесі флотації до вмісту нафтопродуктів на рівні 40-65 %. Виходячи з виробничих потреб, було обрано масову ви трату відходів (Q) 2,3 т на годину. За технологічним регламентом роботи печі масова витрата сировинного матеріалу становила 70 т на годину цементного шламу. Максимально можлива масова витрата рідинно-плинних відходів, що може бути введена в піч (Q max), і яка становить 5% від масової витрати сировинного матеріалу, що подають у піч, дорівнює 70 × 0,05 = 3,5 т/год. Швидкість виходу газ у з пальникового пристрою у звичайному режимі без введення в піч рідинно-плинних відходів становить 230 ± 10 м/с. Емпіричний коефіцієнт (А) було обрано рівним 0,5, виходячи із значної густини рідинно-плинних відходів. У формулу V = V 0 1 + A × Q / Q max підставляють вказані вище числові значення і розраховують V - швидкість виходу газу з пальникового пристрою при знешкодженні рідинно-плинних відходів. V= 230 × 1 + 0,5 × 2 ,3 / 3,5 = 265 м / с. Змінюють швидкість подачі горючого газу до 265 м/с і рідинноплинні відходи через пальниковий пристрій подають в обертову піч. У прикладі 1 таблиці наведено результати контролю наявності шкідливих речовин (продукти неповного згоряння, NOx, SО2), а також показники якості одержаного цементного клінкеру. Приклад 2. Для знешкодження були взяті рідкі відходи коксохімічного виробництва (ВКХ), що містили феноли та інші екологічно шкідливі речовини. , 3 36184 Масова витрата відходів становила 2,8 т/год. Далі робили так, як описано у попередньому прикладі. Параметри процесу, якість продукції наведені у прикладі 2 таблиці. Приклад 3. Робили так, як описано у прикладі 1, за винятком того, що брали відходи целюлознопаперового виробництва лігносульфонати технічні з густиною 1170 кг/м 3 та вмістом вологи 64% . Масова витрата становила 1,0 т/год. Параметри процесу, якість продукції наведені у прикладі 3 таблиці. Приклад 4. Робили так, як описано у прикладі 1, за винятком того, що брали відходи цукровоспиртового виробництва - мелясну упарену післядріжджову барду (УПБ) - продукт, що утворюється після біосинтезу кормових дріжджів за ГОСТ 18-126-83, з вмістом вологи 71%. Масова витрата становила 0,5 т/год. Параметри процесу, якість продукції наведені у прикладі 4 таблиці. Приклад 5 (негативний). Робили так, як описано у прикладі 1, за винятком того, що масова витрата відходів механічного виробництва підшипни ків - відпрацьовані мастильно-охолодні рідини (МОР) - взята більшою, ніж допустима верхня межа, і становила 4 т/год (за розрахунками верхня межа масової витрати для цих відходів становить 3,5 т/год). У газах, що виходили з цементної обертової печі, газоаналізатори встановили наявність CO (0,4%). Решта даних наведена у прикладі 5 таблиці. Приклад 6 (робота обертової цементної печі без введення відходів). У прикладі 6 таблиці наведено для порівняння відомості про вміст CO, NOx та S02 у вихідних газах при стандартному технологічному режимі без введення відходів. Наведені дані прикладів 1-4 показують, що в заявленому інтервалі параметрів знешкодження відходів, за даним способом, викиди шкідливих газів CO, NO x та SO 2 не перевищують концентрації при стаціонарній роботі обертової печі без уведення відходів. Даний спосіб можна реалізувати, використовуючи стандартні обертові печі для виробництва цементу, він не потребує додаткових технологічних затрат. Таблиця № Масова при витрата, кла т/год ду 1 2 3 4 5 6 2,3 2,8 1,1 0,5 4,0 Емпіричний коефіцієнт А 0,5 0,5 0,4 0,35 0,5 Без відходів Швидкість газу на виході з пальникового пристрою, м/с Без з відходами відходів (V) (Vo) 230 265 220 260 220 233 225 231 230 265 220 Міцність (активність) клінкеру кг/см 2 530 520 530 540 520 530 Вміст шкідливих речовин у відхідних газах обертової цементної печі CO, % NOx, мг/м 3 S02, мг/м 3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,40 0,00 120 110 125 115 120 150 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4 55 60 50 55 50 75