[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2770298C1 - Method for vitrifying high-ash toxic waste - Google Patents

Method for vitrifying high-ash toxic waste Download PDF

Info

Publication number
RU2770298C1
RU2770298C1 RU2021112966A RU2021112966A RU2770298C1 RU 2770298 C1 RU2770298 C1 RU 2770298C1 RU 2021112966 A RU2021112966 A RU 2021112966A RU 2021112966 A RU2021112966 A RU 2021112966A RU 2770298 C1 RU2770298 C1 RU 2770298C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waste
melting chamber
melting
ash
pellets
Prior art date
Application number
RU2021112966A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Леонардович Ширяевский
Алексей Юрьевич Маркелов
Ольга Вячеславовна Черкасова
Игнат Олегович Шеремета
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех"
Priority to RU2021112966A priority Critical patent/RU2770298C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2770298C1 publication Critical patent/RU2770298C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/001Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals for sludges or waste products from water treatment installations
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28Treating solids
    • G21F9/34Disposal of solid waste

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: disposal of waste.
SUBSTANCE: invention relates to the field of disposal of non-combustible toxic waste with high ash content and can be used to dispose of fly ash from waste incineration plants, sludge and sediments from the category of accumulated environmental damage. The method for vitrifying high-ash toxic waste includes: preparing the high-ash waste prior to supplying into the melting chamber in the pre-processing unit; loading the preliminarily prepared high-ash waste into the melting chamber; melting the high-ash waste in the melting chamber; vitrifying. Pellets in the form of spherical granules are formed from the high-ash waste in the pre-processing unit, the pellets are then supplied into the melting chamber. The temperature required for melting the resulting pellets is therein maintained in the volume of the melting chamber, the exhaust gas is evacuated from the melting chamber, the molten ash is poured from the melting chamber, followed by cooling to produce a chemically stable inert material.
EFFECT: increase in the environmental safety, reduction in dust loss, and increase in the yield of vitrified material.
9 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области утилизации негорючих токсичных отходов с высокой зольностью, и может быть использовано для утилизации летучей золы мусоросжигательных заводов (МСЗ), шламов и осадков из категории накопленного экологического ущерба.The invention relates to the field of disposal of non-combustible toxic waste with a high ash content, and can be used for the disposal of fly ash from waste incineration plants (Incineration Plants), sludge and sediments from the category of accumulated environmental damage.

Сжигание продуктов жизнедеятельности человека неизбежно приводит к образованию вторичных отходов: подовой и летучей золы. Летучая зола является токсичным отходом, относится к 3 классу опасности (Код ФККО 7 47 110 00 00 0), требует специального обращения и захоронения. Также в настоящее время в России остаются не решёнными многие проблемы накопленного экологического ущерба, например, токсичные шламы остановленных химических и целлюлозно-бумажных производств. Сохраняется потребность в экологически безопасных, эффективных и экономически рентабельных решениях проблемы токсичных отходов с высокой зольностью.The burning of human waste products inevitably leads to the formation of secondary waste: hearth and fly ash. Fly ash is a toxic waste, belongs to the 3rd hazard class (FKKO Code 7 47 110 00 00 0), requires special handling and disposal. Also, at present, many problems of accumulated environmental damage remain unresolved in Russia, for example, toxic sludge from stopped chemical and pulp and paper industries. There remains a need for environmentally friendly, efficient and cost effective solutions to the problem of high ash toxic waste.

Из уровня техники известны следующие решения, используемые для утилизации или переработки летучей золы мусоросжигательных заводов и других опасных отходов с высокой зольностью.The following solutions are known in the art for the disposal or processing of fly ash from incinerators and other hazardous wastes with a high ash content.

Известен способ уменьшения концентрации токсичных органических веществ в летучих пылях (патент РФ RU2323387), характеризующийся тем, что возврат летучих пылей осуществляют во время или после чистки котла установки для сжигания после констатации особых условий сжигания. Данный способ позволяет снизить количество токсичных соединений в летучих пылях, но не обеспечивает полную утилизацию летучей золы.A method is known for reducing the concentration of toxic organic substances in volatile dusts (RF patent RU2323387), characterized in that the return of volatile dusts is carried out during or after cleaning the boiler of the combustion plant after ascertaining special combustion conditions. This method allows to reduce the amount of toxic compounds in flying dust, but does not provide complete utilization of fly ash.

Известен способ иммобилизации радиоактивных отходов в минеральный матричный блок (патент РФ RU2189652), который может быть применён при переработке зольных остатков, образующихся при сжигании радиоактивных отходов, который включает предварительное смешивание радиоактивных отходов с минеральными добавками с последующим остеклованием. К недостаткам указанного изобретения следует отнести ограниченную область применения, а также то, что иммобилизация с помощью предварительного смешивания с минеральными добавками с последующим остеклованием может привести к увеличению объёма отходов, и то, что использование электрического нагрева может привести к большим эксплуатационным расходам.A method is known for immobilizing radioactive waste into a mineral matrix block (RF patent RU2189652), which can be used in the processing of ash residues resulting from the incineration of radioactive waste, which includes pre-mixing of radioactive waste with mineral additives followed by vitrification. The disadvantages of this invention include a limited scope, as well as the fact that immobilization by pre-mixing with mineral additives followed by vitrification can lead to an increase in the volume of waste, and that the use of electrical heating can lead to high operating costs.

Известен способ остекловывания радиоактивной золы и устройство для его реализации (патент РФ RU2152652). Указанный способ включает смешение радиоактивной золы с окислителем, порошкообразным алюминием, силикокальцием и ускорителем, приготовление стеклорасплава в емкости из порции вышеуказанной смеси и порционную подачу смеси радиоактивной золы с окислителем, порошкообразным алюминием, силикокальцием и ускорителем на поверхность расплава до полного заполнения емкости. Известный способ предназначен для порционной переработки радиоактивных отходов. К недостаткам известного способа можно отнести его малую производительность, что ограничивает возможность его применения в промышленных масштабах.A known method of vitrification of radioactive ash and a device for its implementation (RF patent RU2152652). Said method includes mixing radioactive ash with an oxidizing agent, powdered aluminum, silicocalcium and an accelerator, preparing a glass melt in a container from a portion of the above mixture and batch feeding a mixture of radioactive ash with an oxidizing agent, powdered aluminum, silicocalcium and an accelerator to the surface of the melt until the container is completely filled. The known method is intended for batch processing of radioactive waste. The disadvantages of the known method include its low productivity, which limits the possibility of its application on an industrial scale.

Известен способ локализации отходов остекловыванием в металлических контейнерах (патент РФ RU2523844). Известным способом могут быть переработаны такие отходы, как остатки в виде топочной золы, зольной пыли и осадка с фильтра, образовавшегося при нейтрализации и очистке выходящих газов мусоросжигательных заводов. При этом в металлический контейнер дополнительно вводят по меньшей мере одно окисляющее вещество. Концентрация окисляющего вещества в расчете на оксид в расплавленном стекле составляет от 0,1 до 20% по массе, предпочтительно от 4 до 20% по массе, более предпочтительно от 5 до 15% по массе и наиболее предпочтительно от 10 до 13% по массе от массы расплавленного стекла. Остекловывающая добавка включает по меньшей мере один оксид, выбранный из SiO2(диоксид кремния), В2О3(оксид бора), Al2O3(оксид алюминия), Na2O (оксид натрия), Fe2O3, CaO, Li2O, ZnO, ZrO2. Изобретение позволяет простым способом локализировать нежелательные химические соединения, такие как кадмий, в отходах, полностью исключить или ограничить выделение летучих продуктов реакции в восстановленной форме и сопутствующие этому явления дегазации и вспенивания, по возможности ограничить коррозию металлического сосуда и тем самым сохранить его целостность. Известное изобретение ограниченно применимо, так как предполагает порционный режим работы. В случае его использования целесообразно отправлять остеклованные отходы на захоронение в металлических контейнерах, что приведёт к увеличению операционных затрат при переработке летучей золы. Нагрев в известном изобретении осуществляется косвенно через стенку контейнера с использованием электричества, что снижает энергетическую эффективность процесса.A known method of waste localization by vitrification in metal containers (RF patent RU2523844). In a known manner, such wastes as residues in the form of furnace ash, fly ash and filter sludge from the neutralization and purification of exhaust gases from waste incineration plants can be processed. At the same time, at least one oxidizing agent is additionally introduced into the metal container. The concentration of oxidizing agent on an oxide basis in the molten glass is 0.1 to 20% by weight, preferably 4 to 20% by weight, more preferably 5 to 15% by weight, and most preferably 10 to 13% by weight of masses of molten glass. The vitrifying additive includes at least one oxide selected from SiO2 (silicon dioxide), B2O3 (boron oxide), Al2O3 (alumina), Na2O (sodium oxide), Fe2O3, CaO, Li2O, ZnO, ZrO2. The invention makes it possible to localize undesirable chemical compounds, such as cadmium, in waste in a simple way, to completely eliminate or limit the release of volatile reaction products in reduced form and the accompanying degassing and foaming phenomena, to limit, if possible, the corrosion of a metal vessel and thereby preserve its integrity. The known invention has limited applicability, as it involves a batch mode of operation. If it is used, it is advisable to send vitrified waste for disposal in metal containers, which will lead to an increase in operating costs in the processing of fly ash. Heating in the known invention is carried out indirectly through the wall of the container using electricity, which reduces the energy efficiency of the process.

Известен способ обработки донной золы и летучей золы сжигательной установки (патент РФ RU2595747). Способ содержит этапы, на которых собирают золу от сжигательной установки, подают собранную золу и дополнительный подаваемый материал в реактор газификации/стеклования, проводят стеклование золы и дополнительного подаваемого материала в реакторе газификации/стеклования для образования шлака расплавленного материала, обеспечивают протекание шлака из реактора газификации/стеклования и его затвердевание за пределами реактора газификации/стеклования проводят газификацию летучих компонентов в золе и дополнительном подаваемом материале, подают воздух к зоне вторичного сгорания в реакторе газификации/стеклования, и сжигают синтез-газ, сгенерированный в реакторе газификации/стеклования в зоне вторичного сгорания для улучшения термической среды сжигательной установки. В известном способе в качестве источника нагрева используется плазменный факел, что приводит к высоким эксплуатационным затратам, так как эффективность плазмотронов ограничена и для производства тепловой энергии потребуется расход электрической. Также способ не предполагает рекуперацию тепловой энергии на подогрев плазмообразующего газа для повышения энергетической эффективности.A known method of processing bottom ash and fly ash incineration plant (RF patent RU2595747). The method comprises the steps of collecting ash from the incinerator, supplying the collected ash and additional feed material to the gasification/glassification reactor, vitrification of the ash and additional feed material in the gasification/glassification reactor to form slag of the molten material, ensuring the flow of slag from the gasification/glassification reactor/ glass transition and its solidification outside the gasification/glass transition reactor, gasify the volatiles in the ash and additional feed, supply air to the secondary combustion zone in the gasification/glass transition reactor, and combust the synthesis gas generated in the gasification/glass transition reactor in the secondary combustion zone to improving the thermal environment of the combustion plant. In the known method, a plasma torch is used as a heating source, which leads to high operating costs, since the efficiency of plasma torches is limited and electrical energy is required to produce thermal energy. Also, the method does not involve the recovery of thermal energy for heating the plasma-forming gas to improve energy efficiency.

Известен способ остеклования илового осадка или других органических шламов и отходов и устройство для его реализации. (патент РФ RU2704398). Способ включает сушку отходов перед подачей в плавильную камеру, загрузку их в плавильную камеру, сжигание органических составляющих на поверхности расплавленного шлака, полученного из минеральных составляющих отходов в плавильной камере, корпус которой охлаждают теплоносителем, утилизацию тепла получаемых газов и их очистку. При этом высушенный осадок подают на пеллетизацию, после чего подают в бункер накопитель, из которого подают в плавильную камеру распределённым образом на поверхность шлакового расплава, который находится на дне плавильной камеры, при этом температура в объёме плавильной камеры должна быть не менее 1200°С и не более 1600°С без охлаждения корпуса плавильной камеры теплоносителем, уровень жидкого шлака поддерживают внутри плавильной камеры за счет минеральной фракции вновь поступающего на поверхность расплава исходного сырья, осуществляют распределённое дутье в плавильную камеру, ввод окислителя, предварительно подогретого отходящим газом на теплообменниках, избыточного к стехиометрическому отношению окислитель/органическая компонента сырья, при этом избыток над стехиометрическим соотношением окислитель/органическая компонента сырья для полного окисления органики должен составлять 1,5-2 – для воздуха, 1,1-1,3 – для кислорода (по массе), осуществляют слив расплава из плавильной камеры, отходящий газ эвакуируют из объёма плавильной камеры через отверстие в плавильной камеры с помощью системы дымоудаления, при этом отходящий газ на выходе из зоны дожигания разбавляют холодным воздухом до температуры 1000-1100°С, отходящий газ поступает в циклонный реактор восстановления NO, где его смешивают с раствором мочевины и происходит подавление содержания термических окислов азота, после чего отходящий газ направляют в теплообменник подогрева дутья и в котел-утилизатор, после охлаждения в котором отходящий газ направляют на газоочистку.A known method of vitrification of sludge or other organic sludge and waste and a device for its implementation. (RF patent RU2704398). SUBSTANCE: method includes waste drying before being fed into the melting chamber, loading them into the melting chamber, burning organic components on the surface of the molten slag obtained from the mineral components of the waste in the melting chamber, the body of which is cooled with a coolant, heat recovery of the produced gases and their purification. At the same time, the dried sludge is fed to pelletization, after which it is fed into the accumulator hopper, from which it is fed into the melting chamber in a distributed manner to the surface of the slag melt, which is located at the bottom of the melting chamber, while the temperature in the volume of the melting chamber must be at least 1200 ° C and not more than 1600°C without cooling the body of the melting chamber with a coolant, the level of liquid slag is maintained inside the melting chamber due to the mineral fraction of the feedstock re-entering the surface of the melt, distributed blowing into the melting chamber is carried out, the oxidizer is introduced, preheated by the exhaust gas on the heat exchangers, excess stoichiometric ratio of the oxidizing agent/organic component of the raw material, while the excess over the stoichiometric ratio of the oxidizing agent/organic component of the raw material for complete oxidation of organic matter should be 1.5-2 for air, 1.1-1.3 for oxygen (by weight), carry out draining the melt from the melting chamber, from the exhaust gas is evacuated from the volume of the melting chamber through an opening in the melting chamber using a smoke removal system, while the exhaust gas at the outlet of the afterburning zone is diluted with cold air to a temperature of 1000-1100 ° C, the exhaust gas enters the NO reduction cyclone reactor, where it is mixed with urea solution and the content of thermal nitrogen oxides is suppressed, after which the exhaust gas is sent to the blast heating heat exchanger and to the waste heat boiler, after cooling in which the exhaust gas is sent to gas cleaning.

К недостаткам известного способа следует отнести узкую направленность, предназначен только для переработки илового осадка или других органических шламов и отходов. Описанное изобретение не приспособлено для работы с таким типом отходов, как летучая зола, состав которой характерен для отходов с высокой зольностью. Предложенный в известном изобретении способ грануляции осадка методом экструдирования на пресс-грануляторах с кольцевой или плоской матрицей не целесообразен для отходов с высокой зольностью. Отходы с высокой зольностью плохо поддаются прессованию, так как в основном содержат минеральную фракцию, их экструдирование приведёт к преждевременному износу матрицы, увеличению операционных затрат. Для таких отходов, как летучая зола, целесообразнее применять другие способы формирования гранул заданной формы.The disadvantages of the known method include a narrow focus, is intended only for processing sludge or other organic sludge and waste. The described invention is not adapted to work with such a type of waste as fly ash, the composition of which is typical for waste with a high ash content. Proposed in a known invention, the method of sludge granulation by extrusion on press granulators with an annular or flat matrix is not appropriate for waste with a high ash content. Wastes with a high ash content are difficult to compact, as they mainly contain a mineral fraction, their extrusion will lead to premature wear of the matrix, an increase in operating costs. For wastes such as fly ash, it is more appropriate to use other methods of forming granules of a given shape.

Известен способ детоксикации асбеста (патентная заявка Японии JP2011136320A), который является наиболее близким аналогом заявленного способа. Известный способ включает стадию пропитки асбестовых отходов раствором силиката щелочного металла, стадию гранулирования асбестовых отходов, пропитанных силикатом щелочного металла, стадию отверждения гранул и смешивания и нагрев затвердевших гранул и термитного агента, затем стадию детоксикации асбеста, включающую этап плавления и остекловывания. В отличие от заявленного изобретения, в стадии подготовки отходов к переработке в известном способе отходы асбеста пропитанные силикатом щелочного металла поступают на гранулирование во влажном мягком виде, причем после гранулирования требуется стадия отверждения, то есть сушки, как указано в описании известного изобретения – сушка в одном из примеров происходила при 200°С. Для отверждения гранул (их просушки) по известному изобретению потребуется тепловая энергия, которая приведёт к увеличению операционных затрат, усложнению технологического процесса. В заявленном изобретении отходам с высокой зольностью предлагается предавать сферическую форму диаметром 3-20 мм в одну стадию окомкования на оборудовании, освоенном промышленностью, например, тарельчатом грануляторе. Если отходы обладают влажностью 10-40%, то добавление связующих не потребуется. Если влажность низкая, то связующее добавляется в процентном соотношении 10-40% непосредственно на стадии окомкования в тарельчатый гранулятор, просушка окатышей для отверждения не потребуется. Полученная гранула сферической формулы в заявленном способе достаточно твердая для загрузки в плавильную камеру без стадии отверждения, дополнительное отверждение происходит при попадании окатышей в объём плавильной камеры. Также в качестве связующего в заявленном изобретении, в отличии от известного способа, используется вода, водный раствор мелассы или другие известные водные растворы, что проще и во многих случаях дешевле силиката щелочного металла. Известный способ имеет узкую направленность, предназначен только для переработки асбестовых отходов. Известное изобретение не приспособлено для работы с таким типом отходов, как летучая зола, из которых в процессе нагрева могут возгоняться такие загрязняющие вещества, как ртуть и мышьяк, и меры по их улавливанию и нейтрализации соответственно не предусмотрены.A known method for the detoxification of asbestos (Japanese patent application JP2011136320A), which is the closest analogue of the claimed method. The known method includes the step of impregnating asbestos waste with an alkali metal silicate solution, the step of granulating asbestos waste impregnated with alkali metal silicate, the step of curing the granules and mixing and heating the hardened granules and thermite agent, then the asbestos detoxification step, including the step of melting and vitrification. In contrast to the claimed invention, in the stage of preparing waste for processing in a known method, asbestos waste impregnated with alkali metal silicate is fed to granulation in a wet, soft form, and after granulation, a curing stage is required, that is, drying, as indicated in the description of a well-known invention - drying in one of the examples occurred at 200°C. According to the well-known invention, the curing of the granules (their drying) will require thermal energy, which will lead to an increase in operating costs and a complication of the technological process. In the claimed invention, waste with a high ash content is proposed to bring a spherical shape with a diameter of 3-20 mm in one stage of pelletizing on equipment mastered by the industry, for example, a plate granulator. If the waste has a moisture content of 10-40%, then the addition of binders is not required. If the humidity is low, then the binder is added in a percentage of 10-40% directly at the pelletizing stage in a plate granulator, drying the pellets for curing is not required. The resulting granule of spherical formula in the claimed method is hard enough to be loaded into the melting chamber without a curing stage, additional curing occurs when the pellets enter the volume of the melting chamber. Also, as a binder in the claimed invention, in contrast to the known method, water, an aqueous solution of molasses or other known aqueous solutions are used, which is simpler and in many cases cheaper than alkali metal silicate. The known method has a narrow focus, is intended only for the processing of asbestos waste. The known invention is not adapted to work with this type of waste, such as fly ash, from which pollutants such as mercury and arsenic can sublimate during heating, and measures for their capture and neutralization are accordingly not provided.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке эффективной и экологически безопасной термической технологии переработки токсичных отходов с высокой зольностью, в частности, летучей золы.The technical problem to be solved by the claimed invention is to develop an efficient and environmentally friendly thermal technology for the processing of toxic wastes with a high ash content, in particular, fly ash.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, состоит в повышении экологической безопасности и эффективности способа, а именно, в снижении пылеуноса и увеличении выхода остеклованного материала.The technical result achieved by using the claimed invention is to increase the environmental safety and efficiency of the method, namely, to reduce dust entrainment and increase the yield of vitrified material.

Дополнительный технический результат состоит в снижении операционных затрат за счет увеличения срока эксплуатации матрицы. An additional technical result is to reduce operating costs by increasing the life of the matrix.

Указанная техническая задача решается и указанный технический результат достигается за счет того, что в способе остеклования токсичных отходов с высокой зольностью включающем подготовку отходов с высокой зольностью перед подачей в плавильную камеру в блоке предварительной подготовки, загрузку подготовленных отходов с высокой зольностью в плавильную камеру, плавление отходов с высокой зольностью внутри плавильной камеры, остекловывание, в блоке предварительной подготовки из отходов формируют окатыши в виде гранул сферической формы, подают их в плавильную камеру, в объеме которой поддерживают температуру, необходимую для плавления полученных окатышей, эвакуируют отходящий газ из плавильной камеры, расплавленное вещество сливают и остекловывают.The specified technical problem is solved and the specified technical result is achieved due to the fact that in the method of vitrification of toxic wastes with a high ash content, including the preparation of wastes with a high ash content before being fed into the melting chamber in the preliminary preparation unit, loading the prepared wastes with a high ash content into the melting chamber, melting the waste with a high ash content inside the melting chamber, vitrification, pellets are formed from the waste in the form of spherical granules in the preliminary preparation unit, they are fed into the melting chamber, in which the temperature necessary for melting the obtained pellets is maintained, the exhaust gas is evacuated from the melting chamber, the molten substance drained and vitrified.

В случае остеклования отходов с влажностью ниже 10%, например, летучей золы мусоросжигательных заводов, предварительная подготовка отходов включает стадию добавления водного раствора в количестве 10-40% от массы сухого компонента.In the case of vitrification of wastes with a moisture content below 10%, such as fly ash from waste incinerators, the pre-treatment of the waste includes the step of adding an aqueous solution in an amount of 10-40% by weight of the dry component.

В качестве водного раствора используют воду или водный раствор мелассы. Водный раствор способствует адгезии отходов. Химический состав водного раствора выбирают в соответствии с химическим составом отходов экспериментальным путем с достижением степени адгезии, обеспечивающей сохранение сферической формы гранул при их загрузке в плавильную камеру. As an aqueous solution, water or an aqueous solution of molasses is used. The aqueous solution promotes adhesion of the waste. The chemical composition of the aqueous solution is chosen in accordance with the chemical composition of the waste experimentally with the achievement of the degree of adhesion, which ensures the preservation of the spherical shape of the granules when they are loaded into the melting chamber.

Гранулирование позволяет избежать пыление золы при подаче в плавильную камеру и сократить пыление в плавильной камере. При попадании в высокотемпературную зону окатыши спекаются, что также сокращает пыление и увеличивает выход остеклованного материала.Granulation avoids dusting of ash when fed into the melting chamber and reduces dusting in the melting chamber. When entering the high-temperature zone, the pellets are sintered, which also reduces dusting and increases the yield of vitrified material.

Процесс формирования окатышей в виде гранул сферической формы является наименее энергозатратным, так как позволяет не увеличивать значительно влажность отходов, что исключает стадию сушки или отверждения окатышей. Использование сферической формы повышает эксплуатационные характеристики применяемого оборудования. При использовании окатышей сферической формы по сравнению с использованием окатышей другой формы увеличивается срок службы матрицы, т.к. исключается процесс экструдирования.The process of forming pellets in the form of granules of a spherical shape is the least energy-consuming, since it allows not to significantly increase the moisture content of the waste, which eliminates the stage of drying or solidifying the pellets. The use of a spherical shape increases the performance of the equipment used. When using pellets of a spherical shape, compared to using pellets of a different shape, the service life of the die increases, since the extrusion process is excluded.

Окатыши из исходного сырья (отходов) формируют с использованием тарельчатого гранулятора.Pellets from feedstock (waste) are formed using a plate granulator.

В исходное сырьё (отходы) добавляют вспомогательные минеральные вещества (например, на основе кремния, кальция, калия, натрия или магния) для снижения температуры плавления или получения продукта с заданными свойствами.Auxiliary mineral substances (for example, based on silicon, calcium, potassium, sodium or magnesium) are added to the feedstock (waste) to reduce the melting point or obtain a product with desired properties.

В качестве источника нагрева плавильной камеры используют горелки на углеводородном газовом или жидком топливе или поддержание температуры, необходимой для плавления, осуществляют с помощью электрической дуги, через которую подают предварительно подогретый с использованием теплоты дымового газа воздух, либо поддержание температуры, необходимой для плавления, осуществляют с помощью плазматронов, через которые в качестве плазмообразующего газа подают предварительно подогретый с использованием теплоты дымового газа воздух.As a heating source of the melting chamber, burners on hydrocarbon gas or liquid fuels are used, or the temperature required for melting is maintained using an electric arc through which air preheated using the heat of the flue gas is supplied, or the temperature required for melting is maintained using using plasmatrons, through which air preheated using the heat of the flue gas is supplied as a plasma gas.

В плавильную камеру подают предварительно подогретый с использованием теплоты дымового газа воздух, что обеспечивает полное окисление остаточной органической компоненты золы.Air preheated using the heat of the flue gas is fed into the melting chamber, which ensures complete oxidation of the residual organic component of the ash.

Дополнительно поддержание температуры, необходимой для плавления, осуществляют методом омического нагрева расплавленной золы в плавильной камере.Additionally, maintaining the temperature required for melting is carried out by the method of ohmic heating of the molten ash in the melting chamber.

Слив расплава из плавильной камеры осуществляют в гранулятор стекломассы.The melt is drained from the melting chamber into the glass mass granulator.

Отходящий газ после рекуперации тепловой энергии очищают от механических примесей и из уловленной пыли повторно формируют окатыши и возвращают в плавильную камеру.The exhaust gas after the recovery of thermal energy is cleaned of mechanical impurities and the collected dust is re-formed into pellets and returned to the melting chamber.

К негорючим отходам могут быть добавлены горючие отходы с низкой зольностью. Добавление таких отходов приводит к снижению расхода топлива в плавильной камере и, как следствие, к уменьшению операционных затрат, что повышает эффективность предложенного способа. Также для предприятия, реализующего заявленный способ, приём горючих отходов, например, топлива из отработанных шин, приведёт к увеличению выручки за счет платы за приём другого типа отходов. От совместной переработки отходов с высокой зольностью и отходов с низкой зольностью в результате будет получен комплексный эффект: снижение расхода тепловой энергии от основного источника теплоты в плавильной камере и решение вспомогательных экологических проблем.Combustible waste with a low ash content can be added to non-combustible waste. The addition of such waste leads to a decrease in fuel consumption in the melting chamber and, as a result, to a decrease in operating costs, which increases the efficiency of the proposed method. Also, for an enterprise implementing the claimed method, the acceptance of combustible waste, for example, fuel from waste tires, will lead to an increase in revenue due to a fee for receiving another type of waste. As a result, a complex effect will be obtained from the joint processing of waste with a high ash content and waste with a low ash content: a reduction in the consumption of thermal energy from the main source of heat in the melting chamber and the solution of auxiliary environmental problems.

Низкий пылеунос в заявленном изобретении достигается путём формирования окатышей (гранул сферической формы) из летучей золы перед подачей в плавильную камеру. Термическая переработка окатышей летучей золы при температуре не менее 1400оС и выше в плавильной камере позволяет преобразовать исходную золу в химически стойкую инертную матрицу, надёжно инкапсулирующую тяжёлые металлы. Некоторые тяжёлые металлы (например, ртуть, мышьяк) в указанном диапазоне температур возгоняются внутри плавильной камеры и затем удаляются в системе газоочистки известными методами. Температурный режим внутри плавильной камеры в заявленном изобретении позволяет получить стекловидную матрицу из летучей золы. Как известно, тяжёлые металлы и радиоактивные вещества имеют чрезвычайно низкую выщелачиваемость из химически стойких стекловидных материалов, что делает группу методов остеклования применимой для различных опасных, токсичных и промышленных отходов. К примеру, химическая устойчивость остеклованного материала была весьма высокой при переработке радиоактивных отходов [IAEA-TCS-27, Технологические и организационные аспекты обращения с радиоактивными отходами, Международное агентство по атомной энергии, Вена, 2005], так нормализованная скорость выщелачивания цезия не превышала по порядку величины 10-5 г/(см2 ⋅ сут), а стронция и α-излучателей − на 1−3 порядка меньше. Аналогичные высокие показатели химической стойкости остеклованных материалов известны из литературы в части низкой выщелачиваемости тяжёлых металлов по результатам соответствующих тестов, например, результаты теста на выщелачиваемость расплава летучей золы, резко охлаждённого водой: Zn – 2,7∙10-2, Cd – 1,1∙10-3, Cr – 8,1∙10-4, Pb – 2,3∙10-2, As – 6∙10-2, Hg – <5,0∙10-4 [Plasma Science and Technology, Vol.14, No.9, Sep. 2012, https://doi.org/10.1088/1009-0630/14/9/08]. Таким образом, в результате применения заявленного способа возможно снижение класса опасности летучей золы, использование конечного продукта в строительстве, его безопасное захоронение на полигоне.Low dust entrainment in the claimed invention is achieved by forming pellets (granules of a spherical shape) from fly ash before being fed into the melting chamber. Thermal processing of fly ash pellets at a temperature of at least 1400 ° C and above in the melting chamber allows you to convert the original ash into a chemically resistant inert matrix that reliably encapsulates heavy metals. Some heavy metals (for example, mercury, arsenic) are sublimated inside the melting chamber in the specified temperature range and then removed in the gas cleaning system by known methods. The temperature regime inside the melting chamber in the claimed invention makes it possible to obtain a vitreous matrix from fly ash. Heavy metals and radioactive substances are known to have extremely low leachability from chemically resistant glassy materials, which makes the vitrification method group applicable to various hazardous, toxic and industrial wastes. For example, the chemical stability of the vitrified material was very high in the processing of radioactive waste [IAEA-TCS-27, Technological and organizational aspects of radioactive waste management, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2005], so the normalized cesium leaching rate did not exceed in order values are 10-5 g/(cm2 ⋅ day), while strontium and α-emitters are 1–3 orders of magnitude smaller. Similar high indicators of chemical resistance of vitrified materials are known from the literature regarding the low leaching of heavy metals according to the results of relevant tests, for example, the results of a test for the leaching of a fly ash melt quenched with water: Zn - 2.7 10-2, Cd - 1.1 ∙10-3, Cr - 8.1∙10-4, Pb - 2.3∙10-2, As - 6∙10-2, Hg - <5.0∙10-4 [Plasma Science and Technology, Vol .14, No.9, Sep. 2012, https://doi.org/10.1088/1009-0630/14/9/08]. Thus, as a result of the application of the claimed method, it is possible to reduce the hazard class of fly ash, use the final product in construction, and safely dispose of it at a landfill.

Сущность заявленного способа поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором представлена схема заявленного способа остеклования токсичных отходов с высокой зольностью.The essence of the claimed method is illustrated by the drawing (Fig. 1), which shows a diagram of the claimed method of vitrification of toxic waste with a high ash content.

Заявленный способ может быть осуществлен следующим способом.The claimed method can be carried out in the following way.

В блок предварительной подготовки 1 подают отходы с высокой зольностью, например, летучую золу. После чего в блоке предварительной подготовки 1 из летучей золы формируют окатыши (гранулы сферической формы диаметром 3-20 мм). Формирование окатышей производят с использованием оборудования, освоенного промышленностью, например, тарельчатого гранулятора. При формировании окатышей допустима добавка связующего, если исходная летучая зола обладает низкой влажностью (менее 10%), например, воды, различных водных растворов (например, водный раствор мелассы). В некоторых случаях в летучую золу перед транспортировкой с мусоросжигательного завода до мест утилизации предварительно добавляют воду (10-40% по массе) для удобства перевозки. В этом случае уже содержащаяся в золе влага выступает в качестве связующего при наработке окатышей. Химический состав водного раствора выбирают в соответствии с химическим составом отходов экспериментальным путем с достижением степени адгезии, обеспечивающей сохранение сферической формы гранул при их загрузке в плавильную камеру.The pretreatment unit 1 is fed with high ash content wastes such as fly ash. After that, in the pretreatment block 1, pellets are formed from fly ash (granules of a spherical shape with a diameter of 3-20 mm). The formation of pellets is carried out using equipment that has been mastered by the industry, for example, a plate granulator. When forming pellets, the addition of a binder is acceptable if the initial fly ash has a low moisture content (less than 10%), for example, water, various aqueous solutions (for example, an aqueous solution of molasses). In some cases, water (10-40% by weight) is preliminarily added to fly ash before transportation from the incinerator to disposal sites for ease of transportation. In this case, the moisture already contained in the ash acts as a binder during the production of pellets. The chemical composition of the aqueous solution is chosen in accordance with the chemical composition of the waste experimentally with the achievement of the degree of adhesion, which ensures the preservation of the spherical shape of the granules when they are loaded into the melting chamber.

В исходное сырьё (отходы) могут быть добавлены вспомогательные минеральные вещества (например, на основе кремния, кальция, калия, натрия или магния) для снижения температуры плавления или получения продукта с заданными свойствами.Auxiliary mineral substances (for example, based on silicon, calcium, potassium, sodium or magnesium) can be added to the feedstock (waste) to reduce the melting point or obtain a product with desired properties.

Окатыши золы через систему загрузки 2 подают в плавильную камеру 3, температуру в объёме плавильной камеры с помощью, например, горелочных устройств на углеводородном топливе 4, поддерживают необходимой для плавления окатышей золы, но не менее 1400оС, указанная температура может превышать 1600 оС в зависимости от состава минеральной фракции золы. Ash pellets through the loading system 2 are fed into the melting chamber 3, the temperature in the volume of the melting chamber using, for example, hydrocarbon fuel burners 4, is maintained necessary for melting the ash pellets, but not less than 1400 ° C, this temperature may exceed 1600 ° C, depending on composition of the mineral fraction of ash.

В блоке рекуперации теплоты 5 осуществляют подогрев воздуха с использованием тепловой энергии отходящих дымовых газов. Температура подогрева воздуха в блоке рекуперации 5 может достигать 500-1200 оС. Подогретый воздух направляют в горелочные устройства на углеводородном топливе 4. При этом избыток над стехиометрическим соотношением воздух/углеводородное топливо составляет не менее 1,05-1,2 (по массе). Указанное соотношение является оптимальным для обеспечения полноты сгорания.In the heat recovery unit 5, air is heated using the thermal energy of flue gases. The air heating temperature in the recovery unit 5 can reach 500-1200 °C. The heated air is directed to the burner device on hydrocarbon fuel 4. In this case, the excess over the stoichiometric ratio of air/hydrocarbon fuel is at least 1.05-1.2 (by weight). The specified ratio is optimal to ensure the completeness of combustion.

Подогретый воздух направляют в плавильную камеру 3 для полного окисления остаточной органической компоненты золы.Heated air is directed to the melting chamber 3 for complete oxidation of the residual organic component of the ash.

Слив расплава из плавильной камеры 3 осуществляют в гранулятор стекломассы (на фиг. не показан). Расплавленную золу сливают из плавильной камеры 3 с последующим охлаждением для получения химически стойкого инертного материала, отходящий газ эвакуируют из плавильной камеры 3 через предназначенное для этого отверстие в плавильной камере с помощью системы поддержания разрежения 7. Отходящий дымовой газ направляют в блок рекуперации 5 и после рекуперации тепловой энергии в блоке 5 направляют на газоочистку 6, где его очищают с использованием известных методов. Отходящий газ на стадии газоочистки подвергают очистке с использованием известных методов от механических примесей, кислых компонентов, тяжёлых металлов (например, ртуть, мышьяк), также может проводиться снижение концентрации термических окислов азота NOx: в зоне температур 950-1050оС некаталитическими способами или после охлаждения отходящего газа с использованием каталитических методов. Из уловленной пыли повторно формируют окатыши и возвращают в плавильную камеру 3. Отходящий газ в результате применения способа соответствует нормативным требованиям.The melt is drained from the melting chamber 3 into a glass granulator (not shown in the figure). The molten ash is drained from the melting chamber 3 with subsequent cooling to obtain a chemically resistant inert material, the exhaust gas is evacuated from the melting chamber 3 through a hole in the melting chamber designed for this purpose using a vacuum maintenance system 7. The exhaust flue gas is sent to the recovery unit 5 and after recovery thermal energy in block 5 is sent to gas cleaning 6, where it is cleaned using known methods. The exhaust gas at the gas cleaning stage is subjected to cleaning using known methods from mechanical impurities, acidic components, heavy metals (for example, mercury, arsenic), the concentration of thermal nitrogen oxides NOx can also be reduced: in the temperature zone of 950-1050 ° C by non-catalytic methods or after cooling the exhaust gas using catalytic methods. From the captured dust, pellets are re-formed and returned to the melting chamber 3. The exhaust gas resulting from the application of the method meets the regulatory requirements.

Claims (19)

1. Способ остеклования токсичных отходов с высокой зольностью, включающий 1. Method for vitrification of toxic waste with high ash content, including подготовку отходов с высокой зольностью перед подачей в плавильную камеру в блоке предварительной подготовки, preparation of waste with a high ash content before being fed into the melting chamber in the pretreatment unit, загрузку предварительно подготовленных отходов с высокой зольностью в плавильную камеру, loading pre-prepared waste with a high ash content into the melting chamber, плавление отходов с высокой зольностью внутри плавильной камеры,melting waste with high ash content inside the melting chamber, остеклование, vitrification, отличающийся тем, чтоcharacterized in that в блоке предварительной подготовки из отходов с высокой зольностью формируют окатыши в виде гранул сферической формы,in the pre-treatment unit, waste with a high ash content is used to form pellets in the form of spherical granules, окатыши подают в плавильную камеру,the pellets are fed into the melting chamber, в объёме плавильной камеры поддерживают температуру, необходимую для плавления полученных окатышей,in the volume of the melting chamber, the temperature necessary for melting the obtained pellets is maintained, эвакуируют отходящий газ из плавильной камеры,evacuate the exhaust gas from the melting chamber, расплавленную золу сливают из плавильной камеры с последующим охлаждением для получения химически стойкого инертного материала. molten ash is drained from the melting chamber, followed by cooling to obtain a chemically resistant inert material. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для отходов с влажностью ниже 10% подготовка отходов включает стадию формирования окатышей с добавкой водного раствора в количестве 10-40% от массы сухого компонента.2. The method according to claim 1, characterized in that for waste with a moisture content below 10%, waste preparation includes the stage of pellet formation with the addition of an aqueous solution in an amount of 10-40% by weight of the dry component. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в отходы добавляют вспомогательные минеральные вещества.3. The method according to p. 1, characterized in that auxiliary minerals are added to the waste. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника нагрева для осуществления плавления используют горелки на углеводородном газовом или жидком топливе.4. The method according to p. 1, characterized in that burners on hydrocarbon gas or liquid fuel are used as a source of heating for melting. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поддержание температуры, необходимой для плавления, осуществляют с помощью электрической дуги, через которую подают предварительно подогретый с использованием теплоты дымового газа воздух.5. The method according to claim 1, characterized in that the maintenance of the temperature required for melting is carried out using an electric arc, through which air preheated using the heat of the flue gas is supplied. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поддержание температуры, необходимой для плавления, осуществляют с помощью плазмотронов, через которые в качестве плазмообразующего газа подают предварительно подогретый с использованием теплоты дымового газа воздух.6. The method according to claim 1, characterized in that the maintenance of the temperature required for melting is carried out using plasma torches, through which air preheated using the heat of the flue gas is supplied as a plasma gas. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поддержание температуры, необходимой для плавления, осуществляют методом омического нагрева расплавленной золы в плавильной камере.7. The method according to p. 1, characterized in that the maintenance of the temperature required for melting is carried out by the method of ohmic heating of the molten ash in the melting chamber. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что к отходам добавляют горючие отходы с низкой зольностью.8. The method according to p. 1, characterized in that combustible waste with a low ash content is added to the waste. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слив расплава из плавильной камеры осуществляют в гранулятор стекломассы.9. The method according to p. 1, characterized in that the melt is drained from the melting chamber into a glass granulator.
RU2021112966A 2021-05-05 2021-05-05 Method for vitrifying high-ash toxic waste RU2770298C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112966A RU2770298C1 (en) 2021-05-05 2021-05-05 Method for vitrifying high-ash toxic waste

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112966A RU2770298C1 (en) 2021-05-05 2021-05-05 Method for vitrifying high-ash toxic waste

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2770298C1 true RU2770298C1 (en) 2022-04-15

Family

ID=81255518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021112966A RU2770298C1 (en) 2021-05-05 2021-05-05 Method for vitrifying high-ash toxic waste

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2770298C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3600476A (en) * 1968-09-18 1971-08-17 Kanagawa Prefectural Governmen Method for manufacture of light weight aggregates
US5685153A (en) * 1985-12-26 1997-11-11 Enertech Environmental, Inc. Efficient utilization of chlorine and/or moisture-containing fuels and wastes
RU2109705C1 (en) * 1991-01-11 1998-04-27 Майнерджи Корп. Method of processing ash dust and sludge from waste water treatment, method of preparing light filler, and light ball-like filler
US5857420A (en) * 1994-07-27 1999-01-12 Nippon Metal Co., Ltd. Method of incinerating and melting wastes and apparatus therefor
JP2011136320A (en) * 2010-01-04 2011-07-14 Sakimi Fujimoto Method of detoxifying asbestos
RU2448164C2 (en) * 2009-10-14 2012-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Институт тепловых металлургических агрегатов и технологий "Стальпроект" Melting method of oxide materials in fluidised slag bed
RU2674005C2 (en) * 2013-08-08 2018-12-04 Арева Нс Method and device for incineration, melting and verification of organic and metal wastes
RU2704398C1 (en) * 2019-03-25 2019-10-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех" Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3600476A (en) * 1968-09-18 1971-08-17 Kanagawa Prefectural Governmen Method for manufacture of light weight aggregates
US5685153A (en) * 1985-12-26 1997-11-11 Enertech Environmental, Inc. Efficient utilization of chlorine and/or moisture-containing fuels and wastes
RU2109705C1 (en) * 1991-01-11 1998-04-27 Майнерджи Корп. Method of processing ash dust and sludge from waste water treatment, method of preparing light filler, and light ball-like filler
US5857420A (en) * 1994-07-27 1999-01-12 Nippon Metal Co., Ltd. Method of incinerating and melting wastes and apparatus therefor
RU2448164C2 (en) * 2009-10-14 2012-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Институт тепловых металлургических агрегатов и технологий "Стальпроект" Melting method of oxide materials in fluidised slag bed
JP2011136320A (en) * 2010-01-04 2011-07-14 Sakimi Fujimoto Method of detoxifying asbestos
RU2674005C2 (en) * 2013-08-08 2018-12-04 Арева Нс Method and device for incineration, melting and verification of organic and metal wastes
RU2704398C1 (en) * 2019-03-25 2019-10-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Экопромтех" Method for vitrification of sludge or other organic sludges and wastes and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101797572B (en) Method for treating waste incineration fly ash by using plasmas
CN100371287C (en) Ceramicite using ash from incineration of refuse as raw material and its prodn. method
CN109404916B (en) High-temperature melting harmless treatment process for waste incineration fly ash
CN101890424B (en) Method for harmlessly treating trash flying ash by adopting trash-burning process
JPH0634102B2 (en) Waste heat conversion method
CN111732353B (en) Method for treating sand-based waste incineration fly ash by using cement kiln in cooperation
CN112661407A (en) Glass body preparation method and harmless disposal method of hazardous waste incineration slag and waste incineration fly ash
CN102723117A (en) A high-temperature incineration and solidification method for radioactive waste resin plasma
CN112460603B (en) Hazardous waste incineration system and hazardous waste incineration method
CN106642159A (en) Recycling hazardous waste treatment system and treatment method by synergizing rotary kiln and plasma gasification
CN113118181B (en) Method for preparing vitreous body and decarbonizing by using hazardous waste incineration ash in synergy mode
CN110030560A (en) A kind of processing method of hazardous waste
CN111825357B (en) Method for cooperatively treating solid hazardous waste in cement kiln through high-temperature alkalization treatment
CN112456797B (en) Glass body preparation method and harmless disposal method of waste incineration fly ash and aluminum cell overhaul residues
RU2770298C1 (en) Method for vitrifying high-ash toxic waste
CN110590160A (en) Harmless and recycling treatment process by synergistic electric melting of various inorganic hazardous wastes
GB2448556A (en) Treatment of nuclear sludge
CN111454008A (en) Zero-landfill technical method for waste incineration fly ash
CN216005662U (en) Fly ash cooperative recycling treatment system for waste incineration power plant
CN112573823A (en) Petrochemical excess sludge and FCC waste catalyst collaborative harmless disposal method
Stefanovsky et al. RADON Operational Experience in High-Temperature Treatment of Radioactive Wastes
SK277897B6 (en) Vitrification method of powdered waste, mainly light ash from flue ash
JP2000274646A (en) Melting method for coal ash and fly ash of refuse incineration
NO342422B1 (en) A process for treatment of fly ash
Dmitriev et al. Plasma plant for radioactive waste treatment