Способ обезвреживания и уничтожения твердых отходов, преимущественно больничных, и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к обезвреживанию и уничтожению больничных и других твердых отходов. Способ и устройство для неэнергоемкого экологически чистого обезвреживания и уничтожения больничных и других отходов, содержащих горючие материалы, путем их сжигания. Отходы загружают в печь-газификатор и сжигают в две стадии при подаче воздуха в камеру газификации и камеру дожигания печи. Распределенный ввод воздуха в камеру газификации позволяет уменьшить количество вредных выбросов в дымовых газах при изменении состава и свойств перерабатываемых отходов. Способ включает автоматизированное управление процессом, обеспечивает высокотемпературную обработку, уничтожающую микрофлору, вредные вещества и запахи, после инициирования процесса для его проведения не требуется внешних источников тепла. Изобретение может быть использовано для обезвреживания и уничтожения больничных отходов непосредственно в местах их образования. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к обезвреживанию и экологически чистому уничтожению больничных и других твердых отходов, содержащих в основном горючие материалы, путем их сжигания.

При переработке такого рода отходов требуется обеспечить при высоких температурах такую полноту сгорания всех входящих в состав отходов горючих материалов, чтобы и негорючие остатки, и газообразные продукты горения не содержали микрофлоры, вредных веществ и неприятных запахов. В настоящее время большая часть больничных отходов направляется на мусоросжигающие заводы для уничтожения вместе с бытовым (коммунальным) мусором. Недостатком такого метода является высокий риск заражения при транспортировке опасных инфицированных отходов или большие затраты на их предварительную дезинфекцию перед транспортировкой.

Сжигание таких отходов непосредственно в местах их образования (в клиниках, госпиталях, больницах) могло бы существенно снизить затраты и риск заражения, связанные с транспортировкой, однако небольшие установки (печи) для сжигания мусора, как правило, несовершенны и не удовлетворяют современным требованиям по чистоте выбросов, надежности и простоте обслуживания. Они особенно интенсивно загрязняют окружающую среду в моменты запуска и остановки, а во время работы после направления в топку свежих порций мусора, вызывающих перегрузку из-за значительного газовыделения при их воспламенении и сгорании. Такие печи в отличие от крупных печей легко могут быть выведены из нормального режима работы из-за разброса состава и свойств перерабатываемых отходов (влажности, калорийности и т.д.), что тоже приводит к увеличению вредных выбросов.

Известен способ уничтожения твердых больничных, бытовых и промышленных отходов, исключающий загрязнение окружающей среды, описанный в патенте FR 2 649 782 (Huret). Способ отличается тем, что последовательно осуществляют фазы зажигания, пиролиза, сжигания и охлаждения с непрерывным автоматическим контролем и управлением процессом. Он исключает перегрузки, вызываемые направлением свежих порций мусора в топку, путем регулирования подачи в нее воздуха и управлением работой горелок в зависимости от разрежения в топке и температур в топке и камере дожигания. Основными недостатками данного способа являются относительно высокая энергоемкость, сложность оборудования, необходимость дополнительного энергоносителя (горючего газа) для поддержания процессов пиролиза и сжигания.

Известен также метод Andco-Torrax (Б.И.Левин, Использование твердых бытовых отходов в системах энергоснабжения. М.Энергоиздат, 1982) для сжигания твердых горючих отходов путем их газификации при подаче первичного предварительно подогретого воздуха в камеру газификации, выведении продукт-газа противотоком к продвижению отходов в камере через слой свежезагруженных отходов и его последующее дожигание в соответствующей камере. Шлак выводится из зоны газификации жидким при температуре выше 1300^oC. Подогрев газифицирующего агента за счет тепла дымовых газов позволяет расширить диапазон составов отходов, которые могут газифицироваться этим способом. Вместе с тем организация жидкого шлакоудаления в этом процессе весьма сложна и делает невозможным его применение для маломасштабных установок. Кроме того, для установок малого масштаба представляла бы сложность организация горения охлажденного при фильтрации через слой отходов продукт-газа. Фильтрация продукт-газа противотоком к продвижению отходов в камере через слой свежезагруженных отходов вызывает накопление в слое пиролизных смол, что может затруднить фильтрацию и вызвать слипание отходов, затрудняющее их продвижение в зону газификации.

Наиболее близкими к заявляемому техническому решению являются способ и печь для газификации твердого топлива и последующего сжигания полученных газов, описанные в патенте EP 0 251 269 (Bosch). Авторами предложена печь газогенератор для газификации твердого топлива, такого, как дрова, уголь, брикеты, коммунальные отходы и т.д. с последующим сжиганием полученных газов в газовой горелке непосредственно вслед за процессом газификации, осуществляемым в печи. Для повышения термического КПД при использовании названных топлив в виде горючего газа воздух, подаваемый как в зону газификации, так и в газовую горелку, подогревают за счет тепла, выделяющегося при газификации. Этот подогрев достигают тем, что потоки первичного и вторичного воздуха, проходя через полые камеры, выполненные в многослойной стенке камеры газификации печи, отбирают часть тепла, выделяющегося при газификации топлива.

Организация зоны газификации только в части загруженного топливом объема камеры газификации в нижней ее части практически снимает проблему перегрузок при переработке таких видов топлива, как уголь или брикеты, поскольку топливо может поступать в зону газификации лишь постепенно по мере расходования предыдущих порций. Однако при сжигании мусора в отличие от угля или брикетов поступление горючего в зону газификации может быть неравномерным, так как из-за его низкой насыпной плотности загруженная масса может зависать в камере газификации. Другой причиной неравномерного поступления горючего в зону газификации, приводящего к увеличению вредных выбросов, является конденсация смол пиролиза, поступающих из зоны газификации в более холодные слои горючего, продвигающегося в зону газификации. Конденсация смол приводит к слипанию перерабатываемой массы и ухудшает ее газопроницаемость и сыпучесть.

Другим недостатком технического решения EP 0 251 269 является отбор тепла из зоны газификации, так как это может приводить к погасанию низкокалорийного топлива, что накладывает ограничения на его состав.

Целью изобретения является экологически чистое обезвреживание и уничтожение больничных и других твердых отходов, содержащих горючие материалы, с обеспечением автоматизации управления процессом переработки, позволяющей получать надежные результаты независимо от квалификации персонала, обслуживающего установку, в широком диапазоне состава и свойств перерабатываемых отходов.

Цель достигается тем, что отходы загружают в камеру газификации 1 печи-утилизатора, в этой камере организуют зоны сушки 2 и газификации 3 загружаемых отходов, подавая в качестве газифицирующего агента в камеру газификации воздух распределенно таким образом, что часть его 4 проходит сначала через продвигающуюся в зону газификации массу отходов и затем через зону газификации в направлении движения отходов по камере газификации, а другая часть 5 только через зону газификации, в которой накапливаются негорючие твердые продукты в виде золы, шлака и т.п. обеспечивают продвижение отходов по камере газификации и их поступление в эту зону по мере их расходования в процессе газификации; образующиеся продукты газификации 6 направляют в камеру дожигания 7 печи-газификатора через отверстия 8 в стенке между камерами газификации и дожигания, где сжигают эти продукты, подавая с избытком воздух 9 для полного сгорания (вторичный воздух) и выводя из камеры дожигания дымовые газы 10.

Для уменьшения риска заражения опасными инфицированными материалами или загрязнения вредными химическими веществами, содержащимися в отходах, последние можно загружать в печь непосредственно в контейнерах (например, в полиэтиленовых мешках), в которых отходы доставляют из мест их сбора. В этом случае контейнеры сжигаются вместе с отходами.

Продвижение отходов по камере газификации может быть обеспечено как выбором ее формы и размеров, например, в виде расширяющегося к низу конуса, так и применением какого-либо устройства, например, осуществляющего шуровку загруженных в камеру газификации отходов.

Объем камеры дожигания печи-газификатора выбирают таким, чтобы при заданной производительности время пребывания дымовых газов было не менее регламентированной величины при температуре и содержании в них кислорода не ниже регламентированных значений.

Инициирование процесса может быть осуществлено путем кратковременного нагрева отходов в районе зоны газификации и/или потока газифицирующего агента с помощью дополнительного источника нагрева, например, электронагревателя 11, который отключают после начала устойчивого процесса газификации.

Для управления процессами газификации и сжигания ведут регулирование расходов газифицирующего агента и воздуха для дожигания, перераспределение потоков газифицирующего агента и вторичного воздуха между подающими устройствами в зависимости от температур в зоне газификации и в камере дожигания, обеспечивая их поддержание в диапазоне, нижняя граница которого регламентирована требованиями, связанными с недопустимостью выбросов опасных концентраций органических веществ, в том числе диоксинов, а верхняя может быть, в частности, определена термостойкостью конструкционных материалов, использованных при изготовлении печи-газификатора. Если температура в зоне газификации стремится превысить заданную величину, то снижают расход газифицирующего агента. Если температура в камере дожигания стремится превысить заданную величину, увеличивают расход вторичного воздуха.

Все названные регулировки могут осуществляться автоматически, для чего печь-утилизатор должна быть снабжена устройством управления включающим датчики 13 для измерения температур в камерах и соответствующие исполнительные устройства 14 для регулирования расходов и перераспределения потоков газифицирующего агента и вторичного воздуха между подающими устройствами камер печи в зависимости от измеряемых температур. Можно также применять более простую по конструкции печь-газификатор для переработки отходов определенного сорта, в которой все необходимые регулировки произведены на заводе-изготовителе путем установки соответствующих газоводов с согласованными сечениями.

Для расширения диапазона состава и свойств перерабатываемых отходов может быть использован подогрев подаваемого в камеру дожигания вторичного воздуха за счет отбора тепла дымовых газов, образующихся в камере дожигания, при помощи теплообменника 15, который может быть установлен как в камере дожигания, так и вне ее. Подогрев вторичного воздуха дает возможность перерабатывать отходы, при газификации которых образуется низкокалорийный газ.

Благодаря распределенному вводу газифицирующего агента в камере газификации наряду с зоной газификации принудительно организуется зона сушки перерабатываемых отходов 2. Поток газифицирующего агента 4 через эту зону в направлении движения отходов по камере выносит в зону газификации 3 пары воды и другие легколетучие компоненты отходов, выделяющиеся в зоне сушки, а также предотвращает поступление в эту зону и конденсацию в ней смол, образующихся в зоне газификации. Такая конденсация могла бы приводить к слипанию перерабатываемой массы, ухудшающему ее газопроницаемость и сыпучесть, что затрудняло бы поступление отходов и, возможно, газифицирующего агента в зону газификации.

В качестве газифицирующего агента в предлагаемом способе используют воздух, но при переработке сухого высококалорийного мусора для снижения теплонапряженности камеры газификации в состав газифицирующего агента может вводиться водяной пар.

При переработке отходов, содержащих вредные примеси, например, хлор и серу, может дополнительно производиться очистка дымовых газов и/или газообразных продуктов, выводимых из зоны газификации, от вредных газовых примесей известными методами, например, путем их пропускания через слой крошки известняка или иного материала, поглощающего и нейтрализующего эти вредные примеси.

Для того чтобы предотвратить унос пыли дымовыми газами, камера дожигания может быть выполнена в виде двух или более разделенных объемов таким образом, что газовый поток последовательно протекает через эти объемы, причем один из этих объемов выполнен в виде циклона, в котором происходит улавливание пыли.

Перед завершением работы печи-газификатора, когда весь объем камеры газификации, кроме той его части, где находится зона газификации, свободен от отходов, производят перераспределение подачи газифицирующего агента таким образом, чтобы обеспечить высокотемпературную обработку всех внутренних поверхностей камеры газификации для их дезинфекции. Для этого камера газификации должна быть снабжена соответствующим устройством 16 для подвода подогретого газифицирующего агента 17. Для подогрева газифицирующего агента может быть использован тот же теплообменник, что и для подогрева вторичного воздуха.

Для обеспечения требуемого уровня тяги дополнительно к дымовой трубе печь-газификатор снабжают устройством создания тяги 18 таким, например, как дымосос или эжектор. Этим обеспечивается поддержание небольшого разрежения в камерах печи, предотвращающего истечение продуктов газификации или дымовых газов при нарушениях герметичности камер.

На чертеже показана схема печи-газификатора для осуществления процесса по предлагаемому способу.

Печь имеет камеру газификации 1, снабженную устройствами для распределенной подачи газифицирующего агента двумя потоками 4 и 5, а также устройством 16 для подвода подогретого газифицирующего агента 17, обеспечивающего дезинфекцию стенок камеры. Печь снабжена устройством управления 12, к которому подключены датчики температуры 13, соответствующие исполнительные устройства 14 для регулирования расходов и перераспределения потоков газифицирующего агента и вторичного воздуха и электронагреватель 11. Устройство 12 служит для управления процессом, включая его инициирование и последующие автоматические регулировки в ходе работы. На выходе из камеры дожигания 7 может быть установлен теплообменник 15 для подогрева подаваемого воздуха и дополнительное к дымовой трубе устройств создания тяги 18 (эжектор).

Модельный мусор, имитирующий реальный состав больничных отходов (по данным анализа отходов Черноголовской больницы, Московская область), включающий, Текстиль 24 Бумагу 28 Картон 12 Полиэтилен 9 Резину 2 Алюминиевую фольгу 2 Стекло 7 Воду 16 загружали в камеру газификации лабораторной печи-газификатора, представляющей собой вертикальный цилиндр, разделенный металлической сеткой на верхнюю камеру газификации и нижнюю камеру дожигания. В нижней части камеры дожигания расположен теплообменник для вторичного воздуха. В верхней части камеры дожигания под сеткой расположен электронагреватель для инициирования процесса газификации в камере газификации и зажигания газообразных продуктов, выводимых из камеры газификации, и выходное отверстие устройства подачи вторичного воздуха. В нижней части камеры газификации над сеткой расположено выходное отверстие устройства подачи газифицирующего агента (первичного воздуха) в зону газификации, а в верхней части этой камеры расположено второе отверстие подачи первичного воздуха для организации принудительной сушки перерабатываемых отходов. Масса загруженной смеси 1,65 кг, насыпная плотность 190 кг/м³. После кратковременного включения инициирующего электронагревателя начинали подачу первичного воздуха в камеру газификации и вторичного воздуха в камеру дожигания. При расходах 1,5 л в 1 с первичного и 0,75 л в 1 с вторичного воздуха время переработки загруженной массы составило 30 мин, температура в зоне газификации держалась на уровне 700-800^oC, в камере дожигания 900-1000^oC, температура дымовых газов на выходе из камеры дожигания после теплообменника для подаваемого воздуха была не более 170^oC. Выхлоп из камеры дожигания не содержал видимых следов пыли и практически не имел запаха. Масса несгоревшего остатка, состоящего из смеси оплавленного стекла, фольги и золы, составила 0,21 кг.

Соотношение расходов воздуха через два отверстия подачи первичного воздуха устанавливали в среднем как 2:1, при этом большую часть времени больший расход поддерживали через отверстие, расположенное у зоны газификации; в конце работы это отношение меняли на обратное для проведения дезинфекции камеры газификации.

Формула изобретения

1. Способ обезвреживания и уничтожения твердых отходов, преимущественно больничных, содержащих горючие материалы, включающий загрузку отходов в камеру газификации печи-утилизатора, организацию зоны газификации отходов путем подачи в эту зону кислородсодержащего газифицирующего агента и вывода из нее газообразных продуктов, продвижение отходов в зону газификации по мере их расходования в процессе переработки, дожигание газообразных продуктов при подаче избытка вторичного воздуха, управление процессами газификации и дожигания посредством регулирования расходов газифицирующего агента и вторичного воздуха, отличающийся тем, что газифицирующий агент вводят в камеру газификации распределенно, двумя потоками, при этом один поток направляют по камере газификации совместно с загружаемыми отходами, а другой поступает непосредственно в зону газификации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят подогрев вторичного воздуха дымовыми газами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав газифицирующего агента, подаваемого в зону газификации, вводят водяной пар.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят очистку газообразных продуктов газификации от примесей, например, пропуская эти продукты через по крайней мере один слой материала, поглощающего и/или нейтрализующего эти примеси.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрузку отходов в камеру газификации осуществляют в контейнерах.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед завершением работы печи-утилизатора после освобождения от отходов камеры газификации, за исключением той ее части, где находится зона газификации, камеру газификации дезинфицируют путем подачи подогретого газифицирующего агента.

7. Устройство для обезвреживания и уничтожения твердых отходов, преимущественно больничных, содержащих горючие материалы, включающее камеру газификации печи-утилизатора с зонами сушки и газификации с входными отверстиями для ввода кислородсодержащего газифицирующего агента и выходными отверстиями для вывода газообразных продуктов в камеру дожигания, камеру дожигания с отверстиями для ввода вторичного воздуха, устройства регулирования расхода газифицирующего агента и вторичного воздуха, отличающееся тем, что одно из отверстий для ввода кислородсодержащего газифицирующего агента расположено в зоне газификации, другое в зоне сушки, а выходные отверстия для вывода газообразных продуктов в камеру дожигания в зоне газификации.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что устройства регулирования включают датчики для измерения температур в камерах газификации и дожигания и соответствующие исполнительные устройства изменения расходов и перераспределения потоков газифицирующего агента и вторичного воздуха между подающими устройствами камер печи-утилизатора в зависимости от измеряемых температур.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что камера газификации снабжена устройствами для подвода подогретого газифицирующего агента, расположенными в зоне сушки, для дезинфекции стенок камеры.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что камера дожигания выполнена в виде последовательно расположенных двух или более разделенных объемов.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что один из разделенных объемов выполнен в виде циклона.

РИСУНКИ

Рисунок 1