Печь для непрерывной плавки материалов в шлаковом расплаве

 

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к устройствам для переработки в шлаковом расплаве твердых бытовых и промышленных отходов. Устройство содержит трехзонную печь с перегородкой и обтекателем и зону дожигания продуктов сгорания бытовых отходов. Шахта оснащена циклонными генераторами для эффективного сжигания природного газа. Газогорелочные устройства расположены между перегородкой со стороны узла загрузки шихты и обтекателем и под ним. Обтекатель выполнен в виде кессонированного короба с возможностью его вертикального перемещения. В передней стенке печи выполнено окно с шибером для загрузки брикетированной шихты, торцовая часть шихты выполнена с откосом к подине печи. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к печам для переработки шлаков в жидкой ванне.

Известна печь для плавки сульфидных материалов и обеднения шлаков в жидкой ванне, содержащая шахту с узлами загрузки шихты в ее своде, систему фурм, газоход, закрепленную на своде шахты перегородку [1] Недостатком указанной конструкции является то, что перегородка несет ограниченную функцию разделения газового пространства в печи для уменьшения пылевыноса, при этом регламентируется выходное сечение под перегородкой. Этих функций, а так же размеров проходного сечения явно недостаточно для условий переработки твердых бытовых отходов (ТБО), обладающих токсичностью.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для непрерывной плавки материалов в расплаве [2] содержащее шахту с узлами загрузки шихты в ее своде; систему фурм, газоход, закрепленную на своде шахты и опущенную в расплав кессонированную перегородку и сифон с выпускными порогами, отличающееся тем, что шахта выполнена герметизированной, а перегородка в виде обтекания протяженностью к газоходу не менее трех расстояний по вертикали от выпускного шлакового порога сифона до обтекателя.

Недостатками указанной конструкции являются: проведение сжигания бытовых отходов в герметичной камере под небольшим давлением создает серьезные трудности в аппаратурном оформлении и чревато при ее разгерметизации выбросами вредных продуктов (диоксинов) сгорания в атмосферу; отходы, попавшие в общее газовое пространство перед обтекателем, не успевают практически подсушиться, как подхватываются факелом дутья и выносятся под обтекатель, что значительно сокращает время их пребывания в зоне сгорания, что обстоятельства приводят к неполному сгоранию ТБО; при движении газов под обтекателем, который погружен в расплав, возникают неравномерные условия по выбросам газов из герметичной камеры в газоход, что приводит к поперечным колебаниям ванны расплава и последующим еще большим проскокам газов в газоход, таким образом, возникает неравномерный ход процесса переработки ТБО; невозможно использовать в качестве дутья через обычные фурмы наиболее дешевый вид топлива природный газ, так как последний не успевает сгорать в объеме ванны, что приводит к охлаждению шлакового расплава в печи и прекращению процесса барботажа.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса переработки твердых бытовых и промышленных отходов.

Цель достигается тем, что зона сгорания отходов, расположенная между перегородками, снабжена на боковых сторонах шахты горелочными устройствами, выполненными в виде циклонных генераторов с кессонированными фурмами; перегородка шахты, расположенная над расплавом у горловины газохода и над циклонными генераторами, выполнена в виде обтекателя.

С целью эффективной промывки газообразных продуктов сгорания отходов обтекатель выполнен в виде кессонированного короба, установленного в проеме свода между боковыми кессонами шахты на опорных винтах, с возможностью подбора оптимального расстояния от порога сифона до нижней плоскости обтекателя.

Предлагаемое устройство позволяет наиболее эффективно сжечь бытовые и промышленные отходы в шлаковом расплаве, используя для этого наиболее дешевый вид топлива природный газ.

В этом случае отпадает надобность строительства дорогих кислородных станций и компрессорных.

Природный газ сжигается в циклонных генераторах, которые устанавливаются на боковых сторонах шахты печи, вместо фурм для подачи кислородсодержащего дутья. Продукты сгорания природного газа с температурой 1200-1500^оС поступают из циклонных генераторов для барботажа шлаковой ванны, сжигания ТБО и последующей промывки продуктов сгорания отходов.

Существенными отличиями предлагаемого устройства являются следующие.

Возможность использования циклонных генераторов для сжигания природного газа вместо подачи кислородсодержащего топлива. Так, вместо 40 фурм для подачи кислородсодержащего дутья устанавливается только 10 циклонных генераторов в зонах сжигания и промывки продуктов сгорания.

Зона сжигания ТБО отделяется перегородкой от зоны загрузки, что дает возможность завершить процесс сушки ТБО. Сушка ТБО начинается на откосах питателей бункеров. При последовательной работе питателей по программе время сушки может быть доведено до 10 мин. Далее отходы, пролетая сушильную камеру, попадают в загрузочную часть печи и на поверхность расплава. В сводовую часть бункеров подается воздух, нагретый до 200^оС, в количестве, необходимом для сгорания ТБО.

Промышленные отходы: горелая земля, чугунная стружка, флюсы засыпаются в один из группы бункеров. Шихта подается с заданной производительностью непрерывно в печь плунжерным питателем.

Стальная стружка в брикетах подается толкателем через окно, расположенное в торце печи.

Для предварительного прогрева брикетов и уменьшения повреждения подины при подаче брикетов и мелкого лома в ванну, в зоне их подачи подина выполнена ступенчатой формы с откосом к подине.

Сгорание ТБО происходит в средней части печи между перегородкой и обтекателем. В зоне сжигания ТБО над поверхностью расплава создается окислительная атмосфера с температурой 1200-1400^оС. В этих условиях отходы эффективно сгорают в брызгах и всплесках расплава. Далее продукты сгорания попадают под обтекатель, протяженностью 2-6 м. Последний обильно смачивается брызгами и всплесками расплава и через эту завесу из шлака просасываются продукты сгорания, освобождаясь от большей части золы, содержащей диоксины и фураны.

Очень важно правильно установить обтекатель по высоте относительно сливного порога. При неизменной длине обтекателя максимально промыть продукты сгорания можно за счет увеличения времени контакта завесы из шлака с проходящими газами. Этого можно достичь, увеличивая расстояние от порога сифона до обтекателя, однако чрезмерное увеличение расстояния снизит эффективность омывания шлаком обтекателя и приведет к снижению степени пылеулавливания.

Поэтому предложено выполнить обтекатель в виде кессонированного короба и установить его с возможностью регулирования по высоте относительно сливного порога сифона. При шефпусках и пробных плавках предстоит найти оптимальное положение обтекателя ("ноу-хау") для конкретных (усредненных) бытовых отходов.

Окончательное дожигание и термическое разложение продуктов сгорания ТБО происходит в горловине шахты, газоходе и пылевой камере, где температура поддерживается в пределах 1400-1200^оС. Протяженность этой зоны составляет более 18 м, что полностью отвечает Европейским стандартам для токсичных газов. Время пребывания продуктов сгорания в зоне дожигания и термического разложения должно быть не менее 2 с. Эти требования гарантируют отсутствие диоксина и фуранов в продуктах сгорания.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1.

Устройство выполнено в виде печи, содержащей подину 1, ванну 2 расплава, фурмы 3 для подачи продуктов сгорания природного газа в расплав; циклонных генераторов 4; сифон 5 для слива шлака, порог 6 сифона 5; боковых кессонов 7, свода 8, обтекателя 9, горловины 10, газохода 11, пылевой камеры 12, рекуператора 13; перегородка 14, отделяющая загрузочную часть 15 шахты от зоны сжигания, брикет 16 из стальной стружки, загружаемой в ванну 2 с помощью толкателя 17. Для герметизации окна 16 для брикетов предусмотрен шибер 18. Последний поднимается с помощью привода 19. Загрузочное окно 20 для шихты расположено в своде 8 печи. Над загрузочным окном 20 установлена сушильная камера 21, куда подается воздух, нагретый в рекуператоре 13 до t 200^оС.

Над сушильной камерой 21 установлены группа бункеров 22 с плунжерными питателями 23 и крышками 24.

Плунжерные питатели совершают возвратно-поступательные перемещения от приводов 25. Бункеры 22 соединены сводом 26. В своде 26 установлена труба 27 для подачи нагретого воздуха.

Один из бункеров 22 занимается промышленными, а остальные предназначены для бытовых отходов (ТБО).

Расстояние от обтекателя 9 до порога 6 сифона 5 регулируется с помощью опорных винтов 28. Обтекатель 9 коробчатой формы кессонирован, имеет каналы 29 для охлаждающей среды. Зазоры по контуру между обтекателем 9, сводом 8 и боковыми кессонами 7 уплотняются набивкой 30.

Сбоку шахты печи (фиг. 3) расположена камера 31, которая сообщается каналом 32 с ванной 2. В камере 31 подвешена охлаждаемая затравка 33 для непрерывного формирования чугунных слитков.

Процесс переработки ТБО и промышленных отходов (ПО) в шлаковом расплаве осуществляется следующим образом.

Выгрузка ТБО из бункеров 22 производится с помощью плунжерных питателей 23, которые работают по заданной программе, усредняя ТБО по составу и влажности.

С целью повышения эффективности и стабильности процесса переработки отходов и исключения разовых выбросов вредных продуктов сгорания в газоход 11 печи ТБО подсушиваются на откосах горячим воздухом и теплом от излучения свода. ТБО, пролетая сушильную камеру, попадают в загрузочную зону печи и на поверхность шлаковой ванны 2. В загрузочной зоне печи создается небольшое разрежение 5-10 мм водяного столба.

Бункеры 22 для ТБО имеют высоту не менее 8 м. Высота столба ТБО в бункере 22 и крышка 24 препятствуют выбросам газов из шахты печи.

Подсушенные отходы увлекаются горячим воздухом под перегородку 14 и попадают в зону сжигания ТБО.

В зону сжигания через фурмы 3 циклонных генераторов 4 подаются продукты сгорания природного газа, нагретые до 1200-1500^оС. Для получения температуры 1200-1500^оС в циклонные генераторы 4 подается подогретый воздух с t 200^оС. Состав продуктов сгорания природного газа при α 1 мас. H 1,5; CO 1,5; CO₂ 9,8; O₂ 0,5; H₂O 18,7; N₂ остальное.

Продукты сгорания природного газа, барботируя расплав, сжигают ТБО при 1400^оС в окислительной атмосфере. Окислы железа восстанавливаются СО до чугуна. Для получения требуемой вязкости расплава при продувке в качестве флюса подается известняк.

При боковой подаче дутья в ванне происходят процессы плавления шихты и восстановления чугуна, аналогичные малому бессемерованию.

Газы из горловины 10 печи поступают в газоход 11 для термического разложения продуктов сгорания. Благодаря подаче продуктов сгорания природного газа в расплав удается: компенсировать все теплопотери печи; организовать эффективный барботаж шлакового расплава и провести сгорание ТБО в условиях эффективного тепла и массообмена; осуществить промывку продуктов сгорания ТБО от золы, диоксинов и фуранов.

Жидкий чугун скапливается на дне ванны 2 и по каналу 32 поступает в обогреваемую камеру 31.

Из камеры 31 чугун извлекается в виде чугунных слитков. Чугунный слиток (затравка 33) формируется непрерывно методом намораживания.

Примером конкретного выполнения является установка УПО-16-34М.

В качестве шихты кроме ТБО используются промышленные отходы: стальная и чугунная стружки, мелкий лом, горелая земля. Предусматривается перерабатывать другие виды массовых промышленных отходов. В качестве флюсов известняк.

Установка УПО-16-34М обеспечивает переработку в час: 16 т ТБО; 12 т ПО; 6 т флюсов.

При этом часовой выход твердых продуктов составляет: 16,5 т плотных гранулированных шлаков (γ 1,2 т/м³); 6 т чугунных слитков.

Установка оснащена 10 циклонными генераторами (по 5 шт. с каждой стороны).

Расход природного газа на циклонный генератор 350 м³/ч. Диаметр фурмы 150 мм.

Дымовые газы, выходящие из печи, имеют температуру 1400^оС и не содержат диоксинов и фуранов. Пылевынос из печи 0,5-0,8% Последний после электрофильтров может возвращаться в печь.

Формула изобретения

1. Печь для непрерывной плавки материала в шлаковом расплаве, содержащая кессонированную шахту, закрепленные на ее своде перегородки, разделяющие шахту на камеры, узел загрузки шихты, систему фурм, расположенную в боковых стенках шахты, газоход с горловиной, сифон с выпускным порогом и летку, отличающаяся тем, что она снабжена соединенными с фурмами, выполненными кессонированными газогорелочными устройствами в виде циклонных генераторов сжигания природного газа, при этом перегородка, расположенная со стороны газохода, выполнена в виде обтекателя, а газогорелочные устройства расположены между перегородкой со стороны узла загрузки шихты и обтекателем и под ним.

2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что обтекатель расположен в проеме свода между боковыми кессонами шахты и выполнен в виде установленного на опорных винтах кессонированного короба с возможностью его вертикального перемещения.

3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что в передней торцевой стенке печи выполнено окно с шибером для загрузки брикетированной шихты, при этом торцевая часть шахты в зоне подачи брикета выполнена с откосом к подине печи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3