Изобретение относится к области термической переработки твердых промышленных и бытовых отходов (ТПБО), содержащих горючие органические и негорючие твердые компоненты в разбросанных по многим территориям мусорных свалках, и касается, в частности, пиролиза и газификации органической составляющей отходов для получения углеводородных и углекислородного продуктов пиролиза: горючего газа с последующим его использованием в энергетической и сыпучего зольного остатка - в строительной промышленностях.
Известно очень большое количество автоматизированных мобильных комплексов для термической утилизации твердых отходов (далее - мобильный комплекс), каждый из которых разработан в зависимости от области применения, состава перерабатываемого материала, целевого назначения получаемых продуктов, вида используемого или получаемого топлива, конструктивных особенностей шахтной печи и достигнутого уровня научно-технического прогресса к данному моменту времени в данной отрасли техники.
2. Научно-техническая литература. Книги:
- Бернадинер М.Н. и др. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. М.: Химия, 1990, - 301 с.
- Вдовина Т.Н. Управление отходами на региональном уровне. Омск: Наследие. Диалог-Сибирь, 2000, - 89 с.
- Журкович В.И. и др. Отходы: научное и учебно-методическое справочное пособие. - СПб: Гуманистика, 2001. - 578 с.
- Инженерная защита окружающей среды. Очистка вод, утилизация отходов. / Под редакцией Ю.А. Бирмана. М.: Издательство «АСВ», 2002, - 296 с. // Раздел IV. Утилизация отходов термическими методами, с.195.
- Ваулина О.С. Комплекс для утилизации производственных отходов: математические модели и алгоритмы синтеза системы управления. Учебное пособие. Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2004, - 103 с.
- Лихачёв Ю.М. и др. Обращение с твердыми коммунальными и промышленными отходами. Санкт-Петербург: Издательство «Менделеев», 2005, - 228 с.
- Добровольский И.П. и др. Технология переработки отходов, Учебное пособие. Челябинск: Челябинский государственный университет, 2005, - 219 с.
- Гуляева Н.А. Промышленная экология. Учебное пособие. Пенза: ИИЦ ПГУ, 2007, - 79 с.
- Глушенко В.М. Безопасность мегаполиса. Теория и практика. Монография. - М.: Московский городской университет управления Правительства Москвы, 2007, - 374 с.
- Черепов В.М. и др. Эколого-гигиенические проблемы среды обитания человека. - М.: Издательство РГСУ, 2007. - 1076 с. // Глава 11. Отходы производства и потребления, с.874-925.
- Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 2008, - 397 с.
- Снакин В.В. Экология и природопользование в России. Энциклопедический словарь. - М.: Akademia, 2008, - 816 с.
- Коробкин В.И. и др. Экология: Учебник для ВУЗов. Ростов на Дону: Феникс. 2009, - 602 с.
- Константинов В.М. и др. Экологические основы природопользвания. - М.: Издательство Центр «Академия», 2009-208 с.
В качестве аналога данного изобретения принят патент RU №2190157 C2, МПК: F23G 5/40, опубл. 27.09.2002 «Мобильная мусоросжигающая установка», состоящая из дизельного тягача и контейнера-прицепа, на котором смонтирована аппаратура технологической установки для сжигания мусора.
Недостатком мобильной мусоросжигающей установки считается:
- невозможность перерабатывать ТПБО, содержащие неорганическую составляющую;
- сложность технологической части установки для накислораживания воздуха;
- отсутствие средств автоматизации и, вследствие этого, недостаточная надежность в ее работе.
Еще одним аналогом к данному изобретению является патент RU №2331020 C1, МПК: F23G 5/00, опубл. 10.08.2008. «Способ термического обезвреживания и утилизации органических отходов и мобильная установка для его осуществления», содержащая печь пиролизного типа, модуль подачи воздуха и энергоносителя в камеру сгорания печи, смонтированные на грузовой платформе автомашины. Печь дополнительно снабжена плазменной горелкой дожигания отходящих газов, блоком микроконтроллера управления установкой с электронным носителем информации.
Недостатками данного изобретения считаются:
- ограниченная область применения: только для утилизации органических отходов;
- значительный расход энергии.
В качестве ближайшего аналога по данному изобретению рассмотрен патент RU №2351846 C2, МПК: F23G 5/00, опубл. 10.04.2009. «Автоматизированная шахтная печь для термической газификации смесевого состава разнообразных твердых компонентов», содержащая шахтный футерованный корпус в виде усеченного конуса, загрузочное устройство, сборник зольного остатка, разгрузочный узел, кольцевые электроды, дымосос, дутьевой вентилятор, вибрационный побудитель расхода со сканирующей частотой и амплитудой, калорифер. Автоматизированная шахтная печь снабжена статическим многоканальным источником питания (СМИП), распределенно-интегрированной системой управления (РИСУ), состоящей из персонального компьютера (ПК) и микропроцессорного регулирующего контроллера (МРК); датчиками температуры, уровня давления и разрежения, расхода, концентрации кислорода и состава газообразного топлива.
К недостаткам приведенной автоматизированной шахтной печи для термической газификации смесевого состава разнообразных твердых компонентов относятся:
- ограниченная область применения: эксплуатация только в стационарных условиях, что препятствует переработке ТПБО в удаленно расположенных мусорных свалках;
- невозможность реализации полного, законченного цикла технологического процесса по безотходной переработке ТПБО ввиду отсутствия некоторых технологических модулей, а это лишает ее автономности;
- существенный расход электрической сетевой энергии;
- исключено определение изменения основных параметров в работе мобильного комплекса на удаленном расстоянии от центрального пункта сбора и анализа полученной информации ввиду отсутствия блока дистанционного мониторинга.
Задачей изобретения является сокращение расхода энергии на термическую утилизацию ТПБО, получение горючего газа и улучшение экологической обстановки в районах скопления мусорных свалок.
Поставленная задача решается вводом отдельных мобильных модулей по каждой технологической операции, расположенных на транспортных платформах, с возможностью варьирования положением шахтной печи в транспортном и рабочем режимах, а также широким спектром информационного обеспечения и применением гибкой РИСУ с блоком дистанционного мониторинга, в том числе изменением характера взаимосвязи между технологической аппаратурой и функциональными элементами средств автоматизации.
Сущность изобретения состоит в том, что предложенный автоматизированный мобильный комплекс для термической утилизации твердых бытовых и промышленных отходов, включающий шахтную печь, состоящую из загрузочного и разгрузочного узлов, оснащенных шлюзовыми затворами, футерованного корпуса в виде усеченного конуса, выгрузочного корпуса и сборника золы в виде обратного усеченного корпуса, снабженную трубопроводами подачи кислорода, пара, воды и выхода горючего газа, датчиками контроля технологических параметров, СМИП, РИСУ, состоящей из ПК и МРК, соединенных между собой по информационным каналам и по каналам управляющих воздействий шахтной печи параллельно, выходы с МРК соединены со входом СМИП, выходы с которого связаны параллельно с приводами исполнительных механизмов шахтной печи и с входами ПК, который в соответствии с изобретением дополнительно снабжен модулями измельчения твердых отходов, парогенераторного, брикетирования, очистки и охлаждения горючего газа, газодизель-генераторной установки (ГДГУ), топливной и водной цистерн, кислородной станции, расположенными на транспортных платформах, а шахтная печь смонтирована на отдельной транспортной платформе с возможностью ее перемещения из горизонтального положения при транспортировке в вертикальное по прибытии на место переработки твердых отходов, РИСУ оснащена блоком дистанционного мониторинга и установлена в виде отдельного модуля сбора информации, передачи данных и выдачи управляющих воздействий, САМИП размещен в модуле ГДГУ, при этом выходы по материальному потоку с модуля водной цистерны параллельно соединены со входами шахтной печи, модуля ГДГУ, парогенераторного модуля и модулей брикетирования, очистки и охлаждения горючего газа, выходы по энергетическому потоку с шахтной печи и с модулей ГДГУ, очистки и охлаждения горючего газа соединены со входами парогенераторного модуля, выход с которого по энергетическому потоку направлен к выгрузочному корпусу шахтной печи, выход с модуля топливной цистерны по энергетическому потоку соединен с модулем ГДГУ, выход с модуля измельчения твердых отходов по материальному потоку соединен через шлюзовый затвор с верхней частью шахтной печи, выход с модуля кислородной станции по кислородному потоку связан со входом выгрузочного корпуса шахтной печи, выход горючего газа с шахтной печи соединен со входом модуля его очистки и охлаждения, параллельные выходы с которого направлены по энергетическим потокам к модулю ГДГУ и в газохранилище, выход с разгрузочного узла шахтной печи соединен по материальному потоку со входом модуля брикетирования, выход с модуля ГДГУ по электрическому потоку параллельно соединен со входами шахтной печи, модулей измельчения твердых отходов, парогенераторного, брикетирования, и очистки и охлаждения горючего газа, кислородной станции, сбора информации, передачи данных и выдачи управляющих воздействий, топливной и водной цистерн, а выходы с модуля сбора информации, передачи данных и выдачи управляющих воздействий по информационным каналам и каналам управляющих воздействий параллельно соединены с шахтной печью, модулями измельчения твердых отходов, парогенераторного, брикетирования, очистки и охлаждения горючего газа, топливной и водной цистерн, ГДГУ, кислородной станции, параллельные выходы каналов управляющих воздействий, с которых направлены к модулю ГДГУ, выходы с которого соединены с исполнительными механизмами модулей измельчения твердых отходов, парогенераторного, брикетирования, очистки и охлаждения горючего газа, топливной и водной цистерн, кислородной станции и со входами модуля сбора информации, передачи данных и выдачи управляющих воздействий.
Проведенный сопоставительный анализ заявленного изобретения с ближайшим аналогом позволяет установить, что мобильный комплекс отличается принципом действия, конструктивным и базовым исполнением, использованием широкого спектра информационного обеспечения и управляющих воздействий, что полностью соответствует критерию «изобретательский уровень».
При поиске же совокупности признаков, тождественных всем признакам данного изобретения, присутствующих в приведенных выше аналогах и известных из других источников патентной и научно-технической литературы, недопустимых несоответствий не обнаружено, что подтверждает наличие критерия «новизна» в заявленном изобретении.
В порядке обоснования соответствия предлагаемого изобретения критериям «промышленная применимость» и «научная новизна» приводим следующие доказательства:
1. Сегодня в России ежегодно образуется 150 млн м3 или 7 млрд тонн ТПБО, содержащих вторичные материальные ресурсы следующего состава и количества: макулатура - 20÷40%; металл - 4÷5%; пластмассы - 12÷15%; стекло - 5÷7%; текстиль - 6÷12%; древесина - 8÷14% и «электронный мусор» - 1÷2%. В настоящее время используется, т.е. перерабатывается только 2,0 млрд.т. ТПБО или всего 20% от общей их массы.
2. К данному моменту в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд. т. ТПБО с соответствующим изъятием из хозяйственного оборота для этих целей около 100 тыс. га земли. Открытые поверхности свалок, достигающих порой 50 м высоты, представляют серьезную экологическую и санитарную опасность для человека и окружающей природной среды, т.к. они склонны к самовозгоранию и могут стать очагом пожара окружающих лесных массивов. Сами же ТПБО еще являются питательной средой, способствующей интенсивному размножению и обеспеченному существованию источников и переносчиков заразных болезней: насекомых и грызунов. ТПБО также вызывают появление и усиление неприятных запахов, увеличивая интенсивность пылевых выделений и степень загрязнения грунтовых вод и воздушной среды, когда условия существования становятся просто несносными.
3. Мегаполисы с их высокой концентрацией населения, торговли, производства и транспорта привлекают значительное количество материальных и энергетических ресурсов, переходящих в процессе использования, в конечном итоге, в разряд отходов, складируемых на свалках, зачастую несанкционированных, и полигонах. Вовлечение этих отходов в хозяйственный оборот мегаполисов может обеспечить последние дополнительными ресурсами, способствующими их успешному развитию. Это достигается широким внедрением промышленной переработки ТПБО с получением горючего газа и товарной продукции из сыпучего зольного остатка, что обеспечивает успешное решение многих социальных, экономических и экологических задач региона.
Утилизация ТПБО для мегаполисов является трудной проблемой, поскольку каждый житель такого объекта ежегодно «выдает на гора» 1,4 м3 прессованных ТПБО, что составляет в целом около 7 млн. м3 только для одного мегаполиса и, как следствие, для хранения ТПБО требуется все больше площадей. Поскольку полиэтилен и другие виды пластика относятся к классу неразлагающихся бактериями материалов, то их термическая переработка в шахтных печах мобильных комплексов остается единственным способом их утилизации.
4. Следует отметить существенные преимущества работы шахтных печей в силу нижеизложенных обстоятельств:
- увеличенная поверхность ТПБО, подвергающегося термической обработке, т.к. загружаемый кусковой материал ТПБО со средним диаметром (10-15)×10-9 м3 имеет поверхность тепло- и массообмена порядка 240 кв. м в 1 м3 слоя при его порозности 0,4, что существенно увеличивает скорость их прогрева;
- создание высокой турбулизации газового потока обусловлено специфической структурой слоя, а именно чередованием сужения и расширения каналов в межкусковом пространстве: это вызывает многократное изменение направлений движения газового потока при его перемещении вверх, создавая усиленную турбулизацию для улучшения теплообмена;
- практически полное использование рабочего пространства (около 95%);
- эффективное использование тепловой и электрической энергии ввиду ее работы по противоточному принципу: подача измельченных ТПБО и отвод газообразных продуктов реакции осуществляется навстречу друг другу, что позволяет более эффективно использовать как теплоту отходящих газов на подогрев, так и более быстрый прогрев поступающих измельченных ТПБО;
- относительная простота ее конструктивных решений обеспечивает надежность в работе и легкость в обслуживании;
- гарантированная высокая удельная производительность, достигающая 12 т/м3 в сутки, а также значительная продолжительность ее бесперебойной работы: 10÷20 лет; кратность же уменьшения переработанных отходов достигает 60-80% от первоначального их объема.
5. В связи со значительным ухудшением экологической обстановки у каждого человека происходит губительное для него отложение шлаков и образование ядов - конечных продуктов нарушенного обмена веществ. Но т.к. в системе человеческих ценностей его здоровье занимает ведущее место, то наличие тех или иных болезней у человека заставляет искать эффективные пути его не только полного исцеления, но и гарантированного предотвращении их появления в будущем, а это неразрывно связано с разработкой универсальной системы по промышленной переработке ТПБО с целью их 100%-ной утилизации.
Согласно последним данным по исследованию воздействия окружающей среды на здоровье населения экологически зависимая смертность в России достигла 20% или 500 тыс. человек в год. Среди прочих причин надвигающейся катастрофы главным источником беды является «расползание» вокруг городов мусорных свалок, опасно загрязняющих почву и воздух.
6. Сегодня на мировых рынках проектного финансирования экологические показатели с точки зрения проработки и реализации проекта начинают занимать ключевые позиции и, чтобы не подрывать конкурентоспособность отечественных проектов, экологические требования, какими бы они жестокими не были, надо выполнять, поскольку экономический демпинг для России не только не перспективен, но, безусловно, и вреден.
Твердые отходы необходимо перерабатывать по мере их поступления, иначе даже уникальная техническая разработка скоро начинает превращаться в источник экологической угрозы для населения, что недопустимо в современном мире.
7. Существенные преимущества разработанного мобильного комплекса перед другими состоят в:
- больших возможностях его перемещения в любые районы расположения мусорных свалок по требованию заказчика;
- его автономности (поскольку мобильный комплекс обеспечен всеми необходимыми модулями для проведения полного законченного цикла технологического процесса по переработке ТПБО);
- гарантии обеспечения экологической чистоты его функционирования (по причине безотходности производства);
- высокой эффективности работы;
- быстрой окупаемости.
8. Поскольку вокруг мегаполисов до сих пор образуется громадное количество порой несанкционированных мусорных свалок, то мусороперерабатывающие заводы строить у каждой свалки по экономическим соображениям невыгодно.
Более рациональным решением этой проблемы является использование для переработки существующих мусорных свалок мобильного комплекса, временно располагаемого в центре их скопления, что сведет к минимуму транспортные издержки на доставку ТПБО. После же ликвидации очередных мусорных свалок мобильный комплекс сможет переезжать на новое очередное место их концентрации и развертываться там для работы.
Существующий же на сегодняшний день метод рекультивации мусорных свалок не устраняет опасности загрязнения почвы и воды. Следует признать его неперспективным и в будущем.
9. Использование СМИП позволяет упростить пусковые и регламентные режимы в работе каждого модуля и отказаться от установки регулирующих клапанов для управления газовыми потоками как неперспективных по энергетическим показателям.
Содержание изобретения поясняется следующими графическими материалами:
- структурной схемой мобильного комплекса по утилизации ТПБО - фиг.1;
- модулем сбора информации, передачи данных и выработки управляющих воздействий, реализованной на базе РИСУ и блока дистанционного мониторинга - фиг.2;
- структурной схемой РИСУ со СМИП - фиг.3;
- схемой расположения шахтной печи при транспортировке - фиг.4;
- схемой расположения шахтной печи в рабочем режиме - фиг.5.
На фиг.1 представлена структурная схема мобильного комплекса по утилизации ТПБО, который включает в себя следующие модули, смонтированные на отдельных транспортных платформах, имеющих возможность перемещаться с использованием автомобильного, железнодорожного, речного и морского транспортов в любой район страны по требованию заказчиков:
1 - шахтная печь для термической газификации ТПБО;
2 - модуль измельчения ТПБО до получения кускового материала со средним диаметром (10-15)×10-3 м3;
3 - парогенераторный модуль для выработки технологического пара с необходимыми параметрами;
4 - модуль цистерны с топливом для первоначального запуска мобильного комплекса по прибытии к месту скопления ТПБО;
5 - модуль ГДГУ с двухтопливным газожидкостным режимом питания для выработки электрической и тепловой энергии с целью питания модулей комплекса, снабженный СМИП для выработки электроэнергии требуемых параметров (по частоте, напряжению и фазе), обеспечивающим более экономичное и гибкое управление каждым модулем;
6 - модуль брикетирования, производящий брикеты нужных размеров из сыпучего зольного остатка;
7 - модуль цистерны с водой для обеспечения работы модулей 1, 3, 5 и 6;
8 - модуль кислородной станции - для выработки кислорода с целью проведения более эффективной высокотемпературной газификации ТПБО: ликвидации токсичных газов;
9 - модуль очистки и охлаждения горючего газа перед подачей его в ГДГУ в качестве основного топлива (с параллельной отправкой излишков невостребованного газа в газохранилище для последующего его использования другими потребителями топлива).
10 - модуль сбора информации, передачи данных и выработки управляющих воздействий, реализованный на базе РИСУ и блока дистанционного мониторинга.
Буквенно-цифровыми индексами приняты обозначения следующих каналов связи:
Xi (i=1÷9) - спектр входных информационных каналов, поступающих от датчиков контролируемых параметров по каждому модулю к модулю сбора информации, передачи данных и выработки управляющих воздействий (модуль 10);
Yi (i=1÷9) - спектр управляющих воздействий, поступающих от модуля сбора информации, передачи данных и выработки управляющих воздействий (модуль 10) на приводы исполнительных механизмов шахтной печи и каждого модуля;
Zi (i=1÷9) - промежуточные каналы связи от РИСУ к СМИП;
Vi (i=1-4; 6-10) - каналы электрического силового питания от ГДГУ (модуль 5) к шахтной печи (модуль 1) и модулям 2÷4 и 6÷10.
Треугольными стрелками обозначены следующие материальные и энергетические потоки, поступающие по соответствующим трубопроводам от одного модуля к другому:
11 - подача ТПБО на измельчение в модуль измельчения 2;
12 - поступление измельченных ТПБО в шахтную печь 1;
13 - подача горячей воды из теплообменника шахтной печи 1 в парогенераторный модуль 3;
14 - поступление горячей воды от ГДГУ 5 в парогенераторный модуль 3;
15 - подача горючего газа из модуля очистки и охлаждения газа 9 к ГДГУ 5;
16 - поступление излишков горючего газа из модуля очистки и охлаждения газа 9 в газохранилище по газопроводу;
17 - подача холодной воды из модуля цистерны с водой к модулю очистки и охлаждения газа 9;
18 - поступление горячей воды из модуля очистки и охлаждения газа 9 в парогенераторный модуль 3;
19 - разгрузка шахтной печи - выход сыпучего зольного остатка и подача его на модуль брикетирования 6;
20 - выдача брикетов из модуля брикетирования.
На фиг.2 представлен модуль 10 сбора информации, передачи данных и выдачи управляющих воздействий. Он включает в себя РИСУ и блок дистанционного мониторинга для оперативной оценки режимов работы мобильного комплекса, выходными элементами которого являются:
21 - вход и выход GPRS-модема, предназначенного для приема и передачи данных в сетях GSM;
22 - вход и выход «Ethernet» - сетевого интерфейса (опционального), который при наличии кабельной связи с Интернетом позволяет обойтись без GPRS-модема;
23 - GPS-антенна, относящаяся к активной приемной антенне спутникового сигнала.
На фиг.3 представлена структурная схема РИСУ, состоящей из ПК 24 и МРК 25 со СМИП 26. ПК 24 предназначен для сбора, обработки и хранения информации, поступающей по входным информационным каналам (Xi) от датчиков контролируемых параметров, промежуточных каналов связи (Zi), направленных от МРК 25 к СМИП 26 и каналам управляющих воздействий (Yi), идущих от СМИП 26 на приводы исполнительных механизмов мобильного комплекса.
МРК 25 реализуются запрограммированные в нем алгоритмы регулирующих и управляющих воздействий в структуре автоматизированного мобильного комплекса. По всем трем разновидностям каналов связи ПК 24, МРК 25 и СМИП 26 соединены между собой параллельно.
На фиг.4 представлена схема расположения шахтной печи при транспортировке. Транспортировка шахтной печи 1 осуществляется, например, автомобильным седельным тягачом 27 с полуприцепом 28, поднятая передняя часть которого крепится к поворотному кругу 29 седельного тягача. Шахтная печь 1, соединенная с швеллерным каркасом 30, в горизонтальном положении жестко крепится к платформе полуприцепа. Швеллерный каркас 30 в задней части полуприцепа 28 оснащен подвижной опорой 31, закрепленной в боковых опорах платформы и обеспечивающей возможность перевода шахтной печи из горизонтального положения в вертикальное, и наоборот. Сама шахтная печь 1 расположена в двух швеллерных стойках 32 и 33, фиксирующих ее и позволяющих избежать боковых и вертикальных смещений при транспортировке. В области разгрузочного узла дополнительно установлена швеллерная опорная стойка 34.
Шахтная печь 1 состоит из загрузочного полусферического 35 и разгрузочного цилиндрического 36 узлов, футерованного корпуса в виде усеченного конуса 37, выгрузочного устройства 38 и сборника золы 39, выполненных в виде обратных усеченных конусов.
На фиг.5 представлена схема расположения шахтной печи в рабочем положении. Для обеспечения прочности ее установки в вертикальном положении в области разгрузочного узла дополнительно размещены две швеллерные опоры 40 и 41, жестко соединенные с каркасом 30, опорной стойкой 34 и с элементами конструкции разгрузочного узла.
Функционирование мобильного комплекса
По прибытии на место мобильный комплекс переводится в рабочий режим эксплуатации. Шахтная печь 1 из горизонтального положения (фиг.4) переводится в вертикальное (фиг.5) с установкой дополнительных опор 35 и 36. Шахтная печь 1 и остальные (2, 10) модули (фиг.1) соединяются между собой необходимыми материальными (11, 12, 17, 19, 20) и энергетическими (13, 14, 15, 16, 18) потоками, реализованными через соответствующие трубопроводы, а также электрическими, информационными и управляющими каналами питания (Vi), связи (Xi, Zi) и воздействий (Yi), выполненными соответствующими кабельными соединениями.
Запускается ГДГУ 5, топливом для которого на первоначальном этапе работы мобильного комплекса является жидкое дизельное топливо, поступающее из модуля цистерны с топливом 4, и лишь после того, как из модуля очистки и охлаждения горючего газа 9 поступит газовое топливо по газопроводу 15 к ГДГУ 5, последний будет переведен на питание этим видом топлива.
Подготовленные ТПБО 11 измельчаются в модуле измельчения 9 и подаются по транспортной системе 12 через верхний шлюзовый затвор в шахтную печь 1, в которую затем, после предварительного запуска каждого модуля, подводится электричество по каналу V 1 от ГДГУ 5, пар от парогенераторного модуля 3 и кислород от модуля кислородной станции 8.
Охлажденный и измельченный зольный остаток 19 выгружается из шахтной печи 1 в модуль брикетирования 6 для выработки товарной продукции 20 с возможностью последующей прибыльной ее реализации. По газопроводу 16 из модуля очистки и охлаждения горючего газа 9 невостребованная часть горючего газа поступает в удаленное газохранилище.
В качестве охлаждающего агента для шахтной печи 1 и модуля очистки и охлаждения горючего газа 9 используется вода, поступающая из модуля цистерны с водой 7 по трубопроводам 17. Вода из этой цистерны также поступает в парогенераторный модуль 3 и ГДГУ 5. Подача в парогенераторный модуль 3 для выработки пара воды, нагретой в шахтной печи 1, ГДГУ 5 и модуле очистки и охлаждения горючего газа 9, ведет к существенной экономии расхода энергоресурсов при утилизации ТБПО.
Управление шахтной печью 1 и остальными модулями - 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 осуществляется модулем сбора информации (Xi), передачи данных и выработки управляющих воздействий (Yi) 10 на основе алгоритмов, запрограммированных в МРК 25 (фиг.3).
Технический результат
Разработанный мобильный комплекс позволяет расширить возможности по утилизации ТБПО с использованием шахтной печи за счет:
1. Модульного принципа конструктивного исполнения с использованием шахтной печи и модулей, установленных на транспортных платформах, что позволяет производить термическую утилизацию ТБПО в любых районах нахождения мусорных свалок с последующей рекультивацией земель, которые прежде использовались как место скопления ТБПО, отравлявших на многие годы и почву, и воздух, и воду вокруг.
2. Наличие модуля брикетирования дает возможность использовать золу, выгружаемую из шахтной печи, в качестве исходного материала для производства брикетов, широко используемых в строительной промышленности.
3. Применение модуля кислородной станции исключает появление токсичных компонентов и в горючем газе, и в золе, обеспечивая, при необходимости, и высокую температуру пиролиза (>2500°С).
4. Внедрение РИСУ, СМИП и блока дистанционного мониторинга позволяет выбрать любой термический режим утилизации ТБПО и обеспечить более эффективный и надежный режим управления мобильным комплексом.
Экономический эффект
Экономический эффект от внедрения данного мобильного комплекса может быть получен благодаря следующим имеющим место факторам:
1. Существенная экономия расхода энергоресурсов, поскольку дорогостоящие сжиженное газовое или дизельное топливо требуется лишь для начального (пускового) режима работы мобильного комплекса, а далее (при выходе на регламентный эксплуатационный режим) в качестве топлива для работы ГДГУ используется уже полученный в шахтной печи горючий газ, а неиспользованный горючий газ направляется в газохранилище с последующей выгодной продажей его другим потребителям энергоресурсов.
2. Использование для выработки пара в парогенераторном модуле предварительно подогретой воды, получаемой в шахтной печи 1, модуле ГДГУ 5 и модуле очистки и охлаждения горючего газа 9 существенно сокращает расход энергии на его производство.
3. Обеспечение, благодаря использованию РИСУ и блока дистанционного мониторинга (вне зависимости от человеческого фактора), объективности получаемой информации гарантирует уменьшение убытков от возможной ее недостоверности, которые, в этом случае, могут достигать значительных сумм.
4. Снижение расходов на страховые выплаты, т.к. страховые компании устанавливают разные размеры ставок для мобильных комплексов (в зависимости от наличия у них РИСУ и блока дистанционного мониторинга оценки работы мобильного комплекса).
Совместное использование вышеперечисленных факторов способствует организации прибыльного, безотходного и экологически чистого производства.
Таким образом, применение данного мобильного комплекса позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели по термической утилизации ТБПО мусорных свалок, рассредоточенных на местности, а эффективная работа такого мобильного комплекса с использованием транспортных платформ, РИСУ, СМИП и блока дистанционного мониторинга определения местонахождения и оценки работы мобильного комплекса выводит его на качественно новый уровень функционирования - уровень высоких технологий.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Индивидуальный автономный утилизатор органических отходов | 2020 |
|
RU2767578C1 |
| АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ГАЗИФИКАЦИИ СМЕСОВОГО СОСТАВА РАЗНООБРАЗНЫХ ТВЕРДЫХ КОМПОНЕНТОВ | 2007 |
|
RU2351846C2 |
| АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ГАЗОДИЗЕЛЬНАЯ ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА С КОМБИНИРОВАННОЙ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВ | 2010 |
|
RU2465472C2 |
| Система комплексной безотходной переработки твердых бытовых и промышленных отходов | 2016 |
|
RU2648737C1 |
| СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ МУСОРА ДЕЙСТВУЮЩИХ СВАЛОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ МУСОРА СВАЛОК | 2008 |
|
RU2375128C1 |
| ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПОДГОТОВКИ СВЕЖИХ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ (ТБО) И ТБО СО СТАРЫХ МУСОРНЫХ СВАЛОК ДЛЯ ПИРОЛИЗА | 2010 |
|
RU2420364C2 |
| Автоматизированный энерготехнологический комплекс по глубокой переработке и утилизации несортированных твердых бытовых и промышленных отходов | 2019 |
|
RU2724171C1 |
| Способ энергетической утилизации твердых углеродсодержащих отходов и устройство - малая мобильная твердотопливная электроводородная станция - для его осуществления | 2022 |
|
RU2793101C1 |
| Схема комплексной безотходной переработки коммунальных и промышленных отходов | 2022 |
|
RU2813876C1 |
| КОМПЛЕКС ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ БЕЗОТХОДНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ БЕЗ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ СОРТИРОВКИ И СУШКИ | 2018 |
|
RU2700134C1 |
Изобретение относится к области термической переработки твердых промышленных и бытовых отходов (ТПБО), содержащих горючие органические и негорючие твердые компоненты в разбросанных по многим территориям мусорных свалках и касается, в частности, процесса пиролиза и газификации органической составляющей отходов для получения углеводородных и углекислородного продуктов пиролиза: горючего газа с последующим его использованием в энергетической и сыпучего зольного остатка - в строительной промышленностях, реализуемое в автоматизированном мобильном комплексе. Технический результат - получение горючего газа с повышенным содержанием углеводородной и углеродной фракций, зольного остатка для производства брикетов, а также улучшение экологической обстановки в районе мусорных свалок. Автоматизированный мобильный комплекс состоит из смонтированных на транспортных платформах: шахтной печи 1, устанавливаемой вертикально в рабочем положении, и модулей: измельчения твердых отходов 2, парогенераторного 3, цистерны с топливом 4, газодизель-генераторной установки 5, брикетирования 6, цистерны с водой 7, кислородной станции 8, охлаждения и очистки газа 9, сбора информации, передачи данных и выдачи управляющих воздействий 10. 5 ил.
Автоматизированный мобильный комплекс для термической утилизации твердых бытовых и промышленных отходов, включающий шахтную печь, состоящую из загрузочного и разгрузочного узлов, оснащенных шлюзовыми затворами, футерованного корпуса в виде усеченного конуса, выгрузочного корпуса и сборника золы в виде обратного усеченного корпуса, снабженную трубопроводами подачи кислорода, пара, воды и выхода горючего газа, датчиками контроля технологических параметров, статическим многоканальным источником питания, распределение интегрированной системой управления, состоящей из персонального компьютера и микропроцессорного регулирующего контроллера, соединенных между собой по информационным каналам и по каналам управляющих воздействий шахтной печи параллельно, выходы с микропроцессорного регулирующего контроллера соединены со входом статического многоканального источника питания, выходы с которого связаны параллельно с приводами исполнительных механизмов шахтной печи и с входами персонального компьютера, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен модулями измельчения твердых отходов, парогенераторного, брикетирования, очистки и охлаждения горючего газа, газодизель-генераторной установки, топливной и водной цистерн, кислородной станции, расположенными на транспортных платформах, а шахтная печь смонтирована на отдельной транспортной платформе с возможностью ее перемещения из горизонтального положения при транспортировке в вертикальное по прибытии на место переработки твердых отходов, распределенно-интегрированная система управления оснащена блоком дистанционного мониторинга и установлена в виде отдельного модуля сбора информации, передачи данных и выдачи управляющих воздействий, статистический многоканальный источник питания размещен в модуле газодизель-генераторной установки, при этом выходы по материальному потоку с модуля водной цистерны параллельно соединены со входами шахтной печи, модуля газодизель-генераторной установки, парогенераторного модуля и модулей брикетирования, очистки и охлаждения горючего газа, выходы по энергетическому потоку с шахтной печи и с модулей газодизель-генераторной установки, очистки и охлаждения горючего газа соединены со входами парогенераторного модуля, выход с которого по энергетическому потоку направлен к выгрузочному корпусу шахтной печи, выход с модуля топливной цистерны по энергетическому потоку соединен с модулем газодизель-генераторной установки, выход с модуля измельчения твердых отходов по материальному потоку соединен через шлюзовый затвор с верхней частью шахтной печи, выход с модуля кислородной станции по кислородному потоку связан со входом выгрузочного корпуса шахтной печи, выход горючего газа с шахтной печи соединен со входом модуля его очистки и охлаждения, параллельные выходы с которого направлены по энергетическим потокам к модулю газодизель-генераторной установки и в газохранилище, выход с разгрузочного узла шахтной печи соединен по материальному потоку со входом модуля брикетирования, выход с модуля газодизель-генераторной установки по электрическому потоку параллельно соединен со входами шахтной печи, модулей измельчения твердых отходов, парогенераторного, брикетирования, и очистки и охлаждения горючего газа, кислородной станции, сбора информации, передачи данных и выдачи управляющих воздействий, топливной и водной цистерн, а выходы с модуля сбора информации, передачи данных и выдачи управляющих воздействий по информационным каналам и каналам управляющих воздействий параллельно соединены с шахтной печью, модулями измельчения твердых отходов, парогенераторного, брикетирования, очистки и охлаждения горючего газа, топливной и водной цистерн, газодизель-генераторной установки, кислородной станции, параллельные выходы каналов управляющих воздействий, с которых направлены к модулю газодизель-генераторной установки, выходы с которого соединены с исполнительными механизмами модулей измельчения твердых отходов, парогенераторного, брикетирования, очистки и охлаждения горючего газа, топливной и водной цистерн, кислородной станции и со входами модуля сбора информации, передачи данных и выдачи управляющих воздействий.
| АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ГАЗИФИКАЦИИ СМЕСОВОГО СОСТАВА РАЗНООБРАЗНЫХ ТВЕРДЫХ КОМПОНЕНТОВ | 2007 |
|
RU2351846C2 |
| СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И МОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2006 |
|
RU2331020C1 |
| МОБИЛЬНАЯ МУСОРОСЖИГАЮЩАЯ УСТАНОВКА | 2000 |
|
RU2190157C2 |
| МОБИЛЬНО-СТАЦИОНАРНЫЙ КОМПЛЕКС ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ КОНТЕЙНЕРНОГО ИСПОЛНЕНИЯ | 2005 |
|
RU2291003C1 |
| US 6202577 B1, 20.05.2001. | |||
