УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2009 года по МПК F23G5/24 

Изобретение относится к области утилизации твердых бытовых отходов путем их сжигания.

Известно устройство для сжигания отходов (мусора), содержащее емкость для сжигания мусора с узлом подачи воздуха и узел для удаления продуктов сгорания. Узел подачи воздуха содержит по крайней мере два отверстия. Одно из этих отверстий расположено в первом торце емкости. Второе отверстие расположено во втором, противоположном, торце емкости. Устройство содержит узел для эжекции газа из емкости, выход которого расположен у отверстия второго торца. При этом в качестве узла для эжекции газа емкость может содержать по крайней мере один парогенератор, включающий блок подогрева воды, размещенный в емкости для сжигания мусора у второго ее торца. (Патент России N 2112906, 1998). Данное устройство решает многие проблемы высокоэффективного сжигания мусора, тем не менее его сложно использовать при решении некоторых задач, например непрерывного сжигания мусора.

Была поставлена задача создания такой установки для сжигания отходов, которое обладало бы при сохранении высокой эффективности сжигания более широкими для промышленного использования возможностями, в частности возможностью непрерывной подачи и сжигания мусора.

Задача решается настоящим изобретением.

В устройстве для сжигания твердых отходов, содержащем камеру сжигания отходов, узел подачи отходов в камеру сжигания отходов и регенератор периодического действия, согласно изобретению камера сжигания отходов в нижней части выполнена с отверстием для подачи отходов, а в верхней части с отверстием для выдачи золы, устройство снабжено камерой дожигания газов, образующихся в камере сжигания отходов, и смесительной камерой, расположенной вокруг нижней части камеры сжигания отходов и сообщенной с камерой сжигания отходов, камерой дожигания газов, образующихся в камере сжигания отходов, и регенератором периодического действия, который выполнен в виде цилиндра, охватывающего с зазором камеру сжигания отходов над смесительной камерой, причем стенка цилиндра регенератора выполнена трехслойной, внутренний слой которой выполнен перфорированным, наружный слой выполнен из теплообменных труб, а между внутренним и наружным слоями расположена регенеративная набивка, при этом регенератор периодического действия снабжен кожухом-обечайкой.

Целесообразно, чтобы камера сжигания отходов была выполнена в виде вертикально установленного цилиндра, снабженного крышкой, в которой с возможностью вращения закреплен вал, в нижней части которого закреплена мешалка, размещенная в цилиндре, а в верхней части которого закреплены лапы для перемещения золы, при этом камера сжигания отходов снабжена средством для смачивания золы, вал выполнен полым и сообщен с напорным вентилятором и камерой сжигания отходов.

Целесообразно, чтобы узел подачи отходов в камеру сжигания отходов был выполнен в виде приемного бункера, сообщенного каналом подачи отходов с камерой сжигания отходов, при этом канал подачи отходов выполнен расширяющимся по ходу движения отходов и оборудован механизмом перемещения отходов.

Сущность заявленного устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено заявленное устройство в разрезе, на фиг.2 - разрез по В-В на фиг.1, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1, на фиг.5 - сечение Г-Г на фиг.1.

Устройство для сжигания твердых отходов содержит камеру сжигания отходов, выполненную в виде вертикально установленного цилиндра 1 из огнеупорного материала, оборудованного крышкой 2 с окнами 3 для выдачи золы, в которой с возможностью вращения закреплен полый вал 4, внутренняя полость которого сообщена с напорным вентилятором 5 через переходник 6. В нижней части полого вала 4 закреплена мешалка 7, размещенная в верхней части цилиндра 1. Над мешалкой 7 на полом валу 4 закреплены лапы 8 для перемещения золы, размещенные под крышкой 2. Цилиндр 1 оборудован средством для смачивания золы, выполненным в виде кольцевого канала 9. Концентрично цилиндру 1 в его нижней части расположена кольцевая камера 10 дожигания газов, образующихся в цилиндре 1 при сжигании отходов, с промежуточной кольцевой смесительной камерой 11, сообщенной с цилиндром 1 отверстиями 12, а с кольцевой камерой 10 дожигания газов окнами 13, расположенными диаметрально противоположно друг другу. Регенератор периодического действия выполнен цилиндрическим и размещен над камерой 10 дожигания газов концентрично цилиндру 1 с зазором, разделенным на вертикальные каналы 14, сообщенные с кольцевой смесительной камерой 11. Цилиндрическая стенка регенератора периодического действия выполнена трехслойной, при этом внутренний слой выполнен в виде цилиндра 15 из огнеупорного материала с перфорациями 16, наружный слой выполнен из теплообменных труб 17, между слоями размещена регенеративная набивка 18, при этом регенератор периодического действия размещен в кожухе-обечайке 19, в котором выполнены клапаны 20.

Узел подачи отходов в камеру сжигания 1 включает в себя загрузочный бункер 21, канал 22 подачи отходов и механизм 23 подачи отходов в камеру сжигания 1.

Канал 22 подачи отходов в камеру сжигания 1 выполнен с поперечным сечением, расширяющимся (увеличивающимся) по ходу движения отходов, а механизм подачи отходов выполнен в виде гидравлического толкателя или шнека.

Устройство работает следующим образом.

Подачу твердых отходов (топлива) в камеру сжигания, выполненную в виде цилиндра 1, по мере их сгорания и обработки золы, осуществляют следующим образом. Отходы, подлежащие сжиганию, загружают в бункер 21, например, самосвалом. Из бункера 21 отходы под действием силы тяжести поступают в канал 22 подачи отходов и попадают в зону действия механизма 23 подачи отходов в цилиндр 1. Подача отходов вначале производится в горизонтальном направлении с последующим поворотом канала 22 подачи отходов на 90° вверх.

Плавное монотонное увеличение сечения расширяющегося канала 22 предотвращает его заклинивание крупными кусками отходов или попавшими в них крупными предметами, при этом, за счет сводообразования, предотвращается обратное перемещение отходов под действием веса столба отходов при возвратном движении механизма 23.

Твердые отходы поступают в камеру сжигания, выполненную в виде цилиндра 1, снизу, в камере сжигания 1 последовательно происходит сушка отходов, пиролиз и сжигание обугленной органики с перемешиванием мешалкой 7. Далее образовавшаяся зола, перемешанная с несгораемыми предметами, охлаждается вертикально входящим потоком воздуха (сверху вниз) и по периферии смачивается водой, подаваемой из кольцевого канала 9. Смоченная смесь золы с негорючими материалами смещается к периферии камеры сжигания 1 и перемещается по кругу лапой 8 до окна 3, через которое по дополнительно смачиваемой наклонной плоскости сбрасывается в бункер либо непосредственно на поверхность фильтра, по которому она распределяется ковшовым погрузчиком (бункер, фильтр и ковшовый погрузчик на чертежах не показаны).

Воздух, обеспечивающий сжигание твердых бытовых отходов (кокса), в камере сжигания 1, поступает в нее двумя путями. Часть воздуха подается напорным вентилятором 5 через переходник 6 в полый вал 4 и далее в разрыхленную зону обугленных отходов (ниже мешалки 7), где происходит горение кокса. При прохождении внутри полого вала 4 воздух отводит тепло от его части, находящейся в зоне горения, а также от мешалки 7. Другая часть воздуха фильтруется сверху вниз через слой золы строго определенной толщины, ограниченный сверху лапой 8, а снизу мешалкой 7, благодаря чему обеспечивается постоянный уровень аэродинамического сопротивления, а следовательно, и постоянный расход воздуха. Регулировка подачи воздуха вентилятором 5 в сочетании со стабильным расходом воздуха через слой золы позволяет создать общий расход воздуха, необходимый для сжигания (только) кокса и окисления металлов. Нагретые продукты сгорания фильтруются в цилиндре 1 вниз сквозь слой твердых отходов, перемещаемый в цилиндр 1 механизмом 23 подачи отходов. В процессе фильтрации происходит пиролиз органических компонентов и выделение горючих пиролизных газов, в т.ч. токсичных. Значительная часть пластмасс - пластиковые бутылки, полиэтилен, полностью переходят в газообразную форму. При пиролизе поглощается значительное количество тепла. Смесь продуктов сгорания и пиролизных газов снижает температуру, этому процессу препятствует подведение тепла через нагретые до высокой температуры огнеупорные стенки цилиндра 1 со стороны кольцевой камеры 10 дожигания газов. В процессе движения из потока газов отфильтровываются и оседают на твердых отходах частицы золы, причем газ очищается. В нижней части цилиндра 1, в основном, происходит сушка твердых отходов, при этом охлажденная смесь продуктов сгорания, пиролизных газов и водяных паров через отверстия 12 поступает в кольцевую смесительную камеру 11, где происходит перемешивание смеси продуктов сгорания, пиролизных газов и водяных паров с регенеративно нагретым воздухом, обеспечивающим сжигание пиролизных газов в кольцевой камере 10 дожигания газов, предназначенной для сжигания пиролизных газов, образующихся при сжигании твердых отходов в камере сжигания 1.

Регенеративный нагрев воздуха в устройстве происходит следующим образом.

В одной из частей обечайки 19, например в правой, создают, предпочтительно вентилятором, разрежение (пониженное давление). В результате атмосферный воздух поступает в противоположную левую часть обечайки 19 через клапаны 20, выполненные в обечайке 19, и далее последовательно проходит через наружный слой регенератора периодического действия, выполненный из теплообменных труб 17, где подогревается за счет отбора тепла от циркулирующей по ним воды. Из-за малой разницы температур теплообмен незначительный. Далее воздух проходит через регенеративную набивку 18, после прохождения слоя нагретой регенеративной набивки 18 воздух за счет высокой разницы температур (порядка 800°С) нагревается до температуры, превышающей 1200°С, затем нагретый воздух через перфорации 16 в цилиндре 15, который является внутренним слоем регенератора периодического действия, поступает в вертикальные каналы 14, сообщенные с кольцевой смесительной камерой 11. При этом в нижнюю левую часть смесительной камеры 11 через отверстия 12 из камеры сжигания 1 поступают пиролизные газы. Пиролизные газы в смесительной камере 11 перемешиваются с нагретым в регенераторе периодического действия воздухом и за счет высокой температуры воздуха и стенок смесительной камеры 11 воспламеняются и через окно 13 в левой половине устройства поступают в камеру 10 дожигания газов. В камере 10 происходит дожигание пиролизных газов и выдержка продуктов сгорания при высокой температуре (1500-1600°С), далее нагретые газы через окно 13 в правой половине устройства поступают в правую часть смесительной камеры 11 и по вертикальным каналам 14 через перфорации 16 в цилиндре 15 переходят в регенератор периодического действия и через регенеративную набивку 18 и наружный слой регенератора периодического действия, выполненный в виде теплообменных труб 17, выходят из устройства с правой стороны. Нагретый до высокой температуры газ, проходя через теплообменные трубы 17, охлаждается и отдает тепло теплоносителю для последующей передачи потребителю.

При переключении направления потоков воздуха в регенераторе периодического действия все процессы происходят в обратном направлении в периодическом режиме. Запуск в работу устройства производится путем сжигания жидкого или газообразного топлива в кольцевой камере 10 дожигания газов при перекрытых каналах подачи твердых отходов и выходе золы, после достижения расчетной температуры производится подача твердых отходов в камеру сжигания 1 из бункера 21.

При работе устройства обеспечивается сравнительно низкая температура сжигания кокса, не допускающая плавления золы, Пиролизные газы, выделяющиеся из твердых бытовых отходов и содержащие диоксины, дожигаются при температуре, превышающей температуру их разложения, но более низкой, чем температура образования окислов азота. Длительная выдержка при высокой температуре, обусловленная большой длиной перемещения, обеспечивает разложение диоксинов. Малое время охлаждения, определяемое небольшой толщиной регенеративной набивки и теплообменных труб, предотвращает регенерацию диоксинов.

Возможно использование устройства для сжигания отравляющих веществ путем подачи смеси природного газа и отравляющих веществ в кольцевую смесительную камеру 11.

Целесообразным представляется использование электрического поля для интенсификации процесса горения, что обеспечивается путем закладки электродов в места стыков кирпичей при кладке камеры дожигания газов.

Устройство для сжигания твердых отходов содержит камеру сжигания отходов, узел подачи отходов в камеру сжигания отходов и регенератор периодического действия, в котором камера сжигания отходов в нижней части выполнена с отверстием для подачи отходов, а в верхней части с отверстием для выдачи золы. Устройство снабжено расположенной концентрично камере сжигания отходов камерой дожигания газов, образующихся в камере сжигания отходов, и расположенной вокруг нижней части камеры сжигания отходов смесительной камерой, сообщенной с камерой сжигания отходов, камерой дожигания газов, и регенератором периодического действия, который выполнен в виде цилиндра, охватывающего с зазором камеру сжигания отходов над камерой дожигания газов. Стенка цилиндра регенератора выполнена трехслойной, внутренний ее слой выполнен перфорированным, наружный слой - из теплообменных труб, а между внутренним и наружным слоями расположена регенеративная набивка. Регенератор снабжен кожухом-обечайкой с клапанами, выполненными с возможностью обеспечения периодического поступления атмосферного воздуха в соответствующую часть кожуха-обечайки. Камера сжигания отходов выполнена в виде вертикально установленного цилиндра, снабженного крышкой, в которой с возможностью вращения закреплен вал, в нижней части которого закреплена мешалка, а в верхней части которого закреплены лапы для перемещения золы. Камера сжигания отходов снабжена средством для смачивания золы, вал выполнен полым и сообщен с напорным вентилятором и камерой сжигания отходов. Технический результат: расширение технологических возможностей при высокой эффективности сжигания отходов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для сжигания твердых отходов, содержащее камеру сжигания отходов, узел подачи отходов в камеру сжигания отходов и регенератор периодического действия, в котором камера сжигания отходов в нижней части выполнена с отверстием для подачи отходов, а в верхней части - с отверстием для выдачи золы, устройство снабжено расположенной концентрично камере сжигания отходов камерой дожигания газов, образующихся в камере сжигания отходов, и расположенной вокруг нижней части камеры сжигания отходов смесительной камерой, сообщенной с камерой сжигания отходов, камерой дожигания газов, образующихся в камере сжигания отходов, и регенератором периодического действия, который выполнен в виде цилиндра, охватывающего с зазором камеру сжигания отходов над камерой дожигания газов, причем стенка цилиндра регенератора выполнена трехслойной, внутренний слой которой выполнен перфорированным, наружный слой выполнен из теплообменных труб, а между внутренним и наружным слоями расположена регенеративная набивка, при этом регенератор периодического действия снабжен кожухом-обечайкой, снабженным клапанами, выполненными с возможностью обеспечения периодического поступления атмосферного воздуха в соответствующую часть кожуха-обечайки, при этом камера сжигания отходов выполнена в виде вертикально установленного цилиндра, снабженного крышкой, в которой с возможностью вращения закреплен вал, в нижней части которого закреплена мешалка, размещенная в цилиндре, а в верхней части которого закреплены лапы для перемещения золы, при этом камера сжигания отходов снабжена средством для смачивания золы, вал выполнен полым и сообщен с напорным вентилятором и камерой сжигания отходов.2. Устройство по п.1, в котором узел подачи отходов в камеру сжигания отходов выполнен в виде приемного бункера, сообщенного каналом подачи отходов с камерой сжигания отходов, при этом канал подачи отходов выполнен расширяющимся по ходу движения отходов и оборудован механизмом перемещения отходов.