УСТРОЙСТВО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ВО ВЛАЖНОМ СОСТОЯНИИ Российский патент 2013 года по МПК B09B3/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для утилизации отходов во влажном состоянии. Устройство содержит, по меньшей мере, сушильное оборудование для сушки материала отходов во влажном состоянии (сырой массы), например массы, состоящей из мелких волокон или аналогичного материала, в потоке воздуха, который пропускают через указанную массу, и прессовое оборудование для брикетирования высушенного материала отходов в целях их последующей утилизации путем сжигания. Сушильное оборудование содержит, по меньшей мере, один корпус передвижной воздушной сушилки, оснащенный присоединительными средствами для подвода потока воздуха и воздухопроводом под промежуточным днищем передвижной сушилки для подачи потока воздуха в отверстия продувки в корпусе снизу вверх через указанную сырую массу.

Уровень техники

В промышленности, в особенности, занимающейся утилизацией картона и бумаги, ежегодно образуется огромное количество материала в виде массы, из которой удалены красители, например массы, состоящей из мелких и сверхмелких волокон, которую выводят из технологического процесса. Данный вид отходов обычно также включает в себя и небольшие количества каолина и латекса, используемые в качестве материалов для покрытий. Кроме того, в частности на целлюлозных заводах, аналогичную массу, из которой удалены красители, можно обнаружить в виде твердого материала, например, в прудах-накопителях, в установках очистки сточных вод, при этом материал обычно содержит короткие длиной менее 5 мм деревянные щепочки, массу мелких волокон, и какую-то долю иных включений, таких как песок, глина и т.п. В настоящее время такой вид отходов может быть использован главным образом только в котлах для варки целлюлозы, в которых рассматриваемые отходы можно сжигать в небольших количествах в составе других горючих материалов. На фабриках, где варочные котлы отсутствуют, возможности такого сжигания не существует, при этом необходимый пар для технологических нужд фабрики обычно получают посредством природного газа. Таким образом, формирующаяся масса, из которой удалены красители, будет целиком оставаться неиспользованной. Из-за высокого содержания влаги в такой массе сжигать ее как таковую не удается, вот почему единственной альтернативой в настоящее время является использование массы, например, в целях окультуривания почвы. Однако данный вид массы, из которой удалены красители, особенно хорошо пригоден для энергетических целей благодаря ее высокой теплотворной способности, которая не снижается из-за разложения, что характерно, например, для торфа.

Транспортировка такой массы за пределы территории фабрики, дополнительно к транспортным расходам, влечет за собой, например, существенную плату за пользование районом сброса отходов, к чему добавляются и проблемы с запахами на установках для компостирования отходов, которые создает данный материал. Подобные установки в настоящее время рассматриваются как факторы, причиняющие экологические неудобства. Сегодня не удается успешно осуществлять прессование массы, из которой удалены красители, как таковой в брикеты, из-за того что мелкодисперсный материал, выведенный из технологического процесса, имеет типичное содержание влаги 40-80%.

В связи с этим, например, в патентной заявке США 2006/0108459 представлено техническое решение, касающееся сушки, например, различных видов органических отходов таким образом, чтобы они могли быть использованы в качестве топлива, при этом данное решение в основном направлено на использование коровьего и свиного навоза. С другой стороны, в указанной публикации предлагается также использовать шламы целлюлозно-бумажного производства, которые образуются, в частности, при производстве бумаги, как вид отходов, применимый в рамках предлагаемого технического решения. Согласно приведенной конструкции, шлам сливается в смесительную камеру, в которой под действием механического ротора, когда твердая составляющая шлама соударяется со стенками камеры и находящимися в потоке пластинами, вырабатывается столь большая кинетическая энергия, что происходит рост температуры шлама и испарение содержащейся в шламе влаги. Твердый материал, после частичной сушки в потоке воздуха, далее направляется для окончательной сушки в циклон, и, тем самым, в результате всего процесса получается горючий материал с содержанием влаги около 15%. В данной публикации также предлагается перед осуществлением процесса сушки, например, смешивать навоз с опилками, древесной стружкой, соломой или сеном. Однако в публикации не предлагается выполнять брикетирование высушенных отходов.

Техническое решение, представленное в патенте США 5431702, в особенности касается использования шламов отходов и бытовых отходов для производства топливных брикетов, при этом предлагается в рассматриваемый материал отходов добавлять, в частности, отходы бумаги, угольную мелочь. В качестве связующего вещества в смеси предлагается использовать черный щелок, который образуется при производстве бумаги. Поэтому шлам отходов, содержащий 50-75% воды, не требует высушивания пред прессованием в брикеты. Однако в случае данного технического решения требуется использовать больше угля, чем самого материала отходов.

Кроме того, в патенте США 4363636 представлена сушка жмыха сахарного тростника в виде последовательных этапов, начиная с содержания влаги 48%, затем до значения 30-40%, а после этого - до содержания влаги 8-18%, что уже подходит для брикетирования. Для сушки используются потоки горячего воздуха, присутствующие в самом сахарном производстве.

Также, в патенте Германии 3613398 заявлена возможность получения, в частности, топливных брикетов из отходов бумаги и некоторых других органических отходов, например из бумажного шлама. Представленное техническое решение основано на использовании кислорода и ультразвука с целью, в частности, уничтожения бактерий и окисления веществ, создающих запахи, например сернистых соединений.

В патентной заявке США 2006/0108459, с технической точки зрения раскрыта конструкция сложного сепаратора с очень высоким потреблением энергии, связанным с наличием механического ротора, циклона, а также с предварительным нагревом воздуха, которые используются для сушки. Таким образом, использование предлагаемого технического решения как такового для осуществления вышеуказанных целей не приносит решающего уменьшения затрат, связанных с утилизацией шламов.

Также и решения, представленные в патентах США 5431702 и 4363636, содержат недостатки, поскольку они основаны на процессах или последовательностях технологических операций, которые применяются на предприятии, где осуществляется данный технологический процесс, и которые не могут быть использованы в каждом другом случае. Решение, представленное в патенте Германии 3613398, как таковое, в данном аспекте также не может быть полезным.

В патентном документе США 2003/186052 раскрыта система для осуществления процесса получения брикетов целлюлозных волокон из отходов, находящихся во влажном состоянии, например из мелких древесных волокон, находящихся в потоках отходов целлюлозно-бумажных предприятий. Процесс состоит из этапов, реализуемых в следующем порядке: этап приема, этап сушки, этап измельчения и этап брикетирования. Может быть использовано множество предлагаемых на рынке сушильных систем - систем, содержащих источник горячего воздуха. Для сушки отходов может также быть создан псевдожидкий слой указанного материала, сквозь который пропускается воздух. Брикеты могут быть использованы в качестве топлива для выработки энергии.

Из европейского патента 0348238 известна система, в которой к сушильной системе присоединен контейнер. Сушилка содержит контейнер, который выполнен с возможностью перемещения транспортным средством. В контейнере имеется пол, вертикальные стенки и второй перфорированный пол. Между первым и вторым полом имеется полость, и сушилка может быть соединена с указанной полостью через отверстие в стенке. Сушилка может быть передвижной или отдельно стоящей. Типичный материал, который можно загружать и сушить в сушилке такого типа, это зерновые культуры.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для утилизации отходов во влажном состоянии в целях полного исключения вышеуказанных проблем и существенного подъема уровня техники в данной области. Для выполнения указанной задачи, соответствующее настоящему изобретению устройство главным образом отличается тем, что корпус передвижной сушилки содержит взаимозаменяемую платформу, пригодную для транспортирования по дорогам в производственных целях, в которой предусмотрено промежуточное днище с перфорированным листом, сверху которого находится проволочная сушильная сетка.

В качестве наиболее важного преимущества устройства, соответствующего настоящему изобретению, можно упомянуть простоту и эффективность принципа его работы, а также оснащенность устройства оборудованием, при этом, прежде всего, устройство позволяет использовать шламовую массу (которая в настоящее время в большинстве случаев является лишь источником расходов) в брикетированном виде, даже в качестве коммерчески используемого топлива. В соответствующем изобретению устройстве имеется возможность сушки исходной массы при помощи потока воздуха, пропускаемого через массу, благодаря чему содержащаяся в массе вода испаряется в осушающий воздух. Эффективность сушки может быть дополнительно увеличена за счет утилизации тепла, при этом имеется возможность извлечения тепла из осушающего воздуха, продуваемого через материал отходов в виде шлама, который после прохождения через материал все еще остается теплым. Это осуществляется при помощи теплообменника, а регенерированное тепло может быть передано далее, например, для предварительного нагрева осушающего воздуха с помощью, например, второго теплообменника, размещенного в канале осушающего воздуха. Эффективность осушающего действия воздушного потока может быть дополнительно увеличена, если в канале осушающего воздуха перед нагнетательным вентилятором поместить отдельный осушитель, снижающий влажность самого осушающего воздуха, что даст дополнительный выигрыш от применения изобретения. Дополнительно к вышеописанным операциям, в соответствующем изобретению устройстве сушку сырой массы можно также осуществлять за счет снижения содержания влаги путем подмешивания в сырую массу осушающего материала и последующего перемешивания полученной волокнистой массы до однородного состояния, пригодного для брикетирования. В качестве исходных материалов для подмешивания можно использовать, например, древесные опилки, отсортированные отходы зерна, ядра рапсового семени, тростниковидный двукисточник, солому зерновых культур, бумажную макулатуру, стружку машин для резания и т.п. Масса, из которой удалены красители, получаемая при помощи соответствующего изобретению устройства, например брикеты шлама, а также упомянутые выше вещества являются материалами биологического происхождения, что позволяет сжигать указанные брикеты без оформления соответствующих разрешений, связанных с вопросом выбросов в окружающую среду.

Благодаря изобретению обрабатываемая масса может быть переведена в форму, пригодную для использования в промышленных масштабах для энергетических целей, в силу чего появляется возможность замены энергоносителя, например, на установках, работающих на нефтепродуктах и газе. Соответствующее изобретению устройство также может способствовать росту трудовой занятости и улучшению имиджа тех предприятий, которые сегодня создают экологические проблемы.

Прочие полезные качества устройства, предназначенного для утилизации отходов во влажном состоянии, в соответствии с настоящим изобретением, представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Варианты выполнения настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает принцип действия в целом устройства, в основе которого, в частности, лежит воздушная сушка;

фиг.2 изображает предпочтительный вариант осуществления соответствующего изобретению устройства, в котором используется сушилка, выполненная на принципе так называемой взаимозаменяемой платформы; и

фиг.3 изображает еще один предпочтительный вариант осуществления соответствующего изобретению устройства с дополнительной утилизацией тепла.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству для утилизации отходов во влажном состоянии (сырой массы). Устройство содержит, по меньшей мере, сушильное оборудование для сушки сырой массы х, например массы, содержащей мелкие волокна, из которой уже удалены красители, или аналогичной массы посредством потока воздуха w, который подводится к указанной сырой массе и пропускается через нее, и прессовое оборудование 3 для брикетирования высушенного материала отходов с целью его дальнейшей утилизации путем сжигания. Сушильное оборудование содержит, по меньшей мере, один корпус 1 передвижной воздушной сушилки, оснащенный присоединительными устройствами для подвода потока воздуха w и воздухопроводом 1b под промежуточным днищем v передвижной сушилки для пропускания потока воздуха w через отверстия продувки в корпусе - снизу вверх через сырую массу. Корпус 1 передвижной воздушной сушилки содержит взаимозаменяемую платформу, пригодную для транспортировки по дорогам в производственных целях, промежуточное днище v которой оснащено перфорированным листом, сверху которого располагается проволочная сушильная сетка.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, согласно фиг.1, осушающий воздух w, который поступает в воздушную сушилку, входящую в состав сушильного оборудования, подается под давлением от одного или нескольких нагнетательных вентиляторов 1а и продувается, например, снизу через сырую массу, которая проходит по конвейерам К через две установленные друг за другом сушилки. С другой стороны, в данном случае воздушную сушилку можно построить и так, чтобы она работала от отрицательного давления, если ее соединить со стороной всасывания одного или нескольких нагнетательных вентиляторов.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, воздушная сушилка, входящая в состав сушильного оборудования, согласно фиг.1 и 2, дополнительно содержит устройство 1с - верхний вытяжной колпак для сбора осушающего воздуха, пропускаемого через сырую массу. Устройство также содержит блок 1d утилизации тепла воздушного потока, пропускаемого через сырую массу х, и/или тепла от получаемых брикетов, и для передачи регенерированного тепла далее, в частности, для снижения влажности или предварительного нагрева осушающего воздуха w с помощью второго теплообменника.

Как дополнение к варианту осуществления устройства, представленному на фиг.1, согласно принципу действия, показанному на фиг.3, можно использовать также и дополнительный блок 1d1 утилизации тепла с целью передачи утилизированного внешнего тепла, в частности для понижения влажности или предварительного нагрева осушающего воздуха w и/или для соответствующей цели. Дополнительный блок 1d1 утилизации тепла в еще одном полезном варианте содержит один или несколько элементов солнечной батареи, тепловых насосов и/или аналогичных устройств, а также блок 1d1' накопления энергии и средства 1d1" передачи регенерированного тепла.

Естественно, что дополнительный блок 1d1 утилизации тепла, показанный на фиг.3, может быть использован, как таковой, без основного устройства утилизации тепла, представленного на фиг.2. Дополнительный блок 1d1 утилизации тепла в том виде, как он показан на фиг.3, желательно выполнить с использованием в качестве устройства для рекуперации тепла воздушного теплового насоса с циркулирующей жидкостью, например водой, при этом изъятое тепло можно накапливать, например, в котле 1d1' с целью передачи утилизированного тепла оттуда посредством регулируемого смесительного клапана 1d1" к осушающему воздуху w через второй теплообменник 1d.

В техническом решении, представленном, например, на фиг.2, использована сушилка с взаимозаменяемой платформой с крюком, содержащая пять секций, в которые, как показано в сечении в середине фигуры, подается осушающий воздух через форсунки и трубопроводы 1b, находящиеся под промежуточным днищем v сушильной платформы. В предпочтительном варианте в качестве верхней поверхности промежуточного дна используется перфорированный лист, поверх которого расположена, например, проволочная сушильная сетка. Кроме того, в соответствии с вариантом осуществления фиг.3, вышеописанное сочетание проволочной сетки и перфорированного листа можно также использовать в качестве верхней стенки сушильной платформы, которая в процессе сушки эффективно препятствует распространению пыли или подобным вредным выбросам в окружающую среду, а также снижает шум.

Также, промежуточное дно v взаимозаменяемой платформы наклонено в сторону отверстий, откуда подается воздух, при этом при транспортировании взаимозаменяемой платформы в указанные отверстия устанавливаются заглушки, благодаря которым вода, стекающая с сырой массы, подлежащей сушке, не имеет возможности вытекать из платформы на дорогу. Во время операции сушки воздушные патрубки, соединенные с центробежным нагнетательным вентилятором, соединяются с отверстиями для подачи воздуха, например, посредством эксцентриковых зажимов.

Когда содержание сухого вещества составит, например, 70-85%, процесс сушки прерывают, а взаимозаменяемую платформу опорожняют в смеситель брикетирующего устройства, который производит перемешивание массы до однородного состояния для последующего брикетирования. Кроме того, сушку можно сделать еще более эффективной за счет регенерации тепла, как было описано выше. При этом тепло, извлеченное первым теплообменником из выходящего воздуха, передается при помощи второго теплообменника осушающему воздуху. Таким образом, предварительно нагретый воздух ускоряет сушку. Также в качестве прессового оборудования выгодно использовать так называемый матричный пресс, посредством которого можно получать брикеты (гранулы), когда содержание влаги при прессовании составляет, например, 25-30%. Например, с помощью пресса указанного типа оказалось возможным получать брикеты из смеси, содержащей 50% мелковолокнистых (пылевидных) отходов и 50% тростниковидного двукисточника.

Устройство, представленное, например, на фиг.1, которое содержит дополнительный осушитель 1е собственно осушающего воздуха, оптимально расположенный перед нагнетательным вентилятором 1а, посредством которого понижается влажность поступающего воздуха, например, за счет электрического конденсирования, а также накопительный башенный бункер А желательно располагать в производственной зоне, там, где образуются отходы. В этом случае отсутствуют затраты на транспортировку отходов, и извне на установку брикетирования требуется доставлять только дополнительные материалы, которые возможно необходимы для осуществления процесса.

Зола, получаемая при сгорании брикетированной массы, может быть далее использована в качестве материала для окультуривания почвы, что снижает необходимость обработки почвы известью.

Следует понимать, что изобретение не ограничено вышеописанными и проиллюстрированными примерами предпочтительных вариантов, напротив, в рамках основной идеи изобретения в него всегда могут быть внесены оптимизирующие изменения. Так, в первую очередь, следует понимать, что процесс сушки на взаимозаменяемых платформах может быть построен на отрицательном давлении, и/или с прохождением осушающего воздуха сверху вниз. Кроме того, также возможно получение брикетов непосредственно на сушильной платформе, на которой производится их охлаждение. В таком случае, после охлаждения, наполненная брикетами платформа будет транспортироваться к установке для сжигания.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Устройство для утилизации отходов во влажном состоянии содержит сушильное оборудование для сушки сырых отходов и прессовое оборудование для брикетирования высушенных отходов. Причем корпус сушильного оборудования содержит взаимозаменяемую платформу, пригодную для транспортировки по дорогам, в которой промежуточное днище оснащено перфорированным листом, поверх которого расположена проволочная сушильная сетка. Предложенное устройство позволяет эффективно утилизировать отходы во влажном состоянии. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для утилизации отходов в виде сырой массы, содержащее, по меньшей мере, сушильное оборудование для сушки сырой массы (х), такой как массы, содержащей мелкие волокна, из которой удалены красители, или аналогичной массы пропускаемым через нее потоком воздуха (w), и прессовое оборудование (3) для брикетирования высушенных отходов с целью их дальнейшей утилизации путем сжигания, причем сушильное оборудование содержит, по меньшей мере, канал подачи осушающего воздуха, связанный с нагнетательным вентилятором, один корпус (1) передвижной воздушной сушилки, оснащенный присоединительными средствами для подвода потока воздуха (w) и воздухопроводом (1b) под промежуточным днищем (v) передвижной сушилки для подачи потока воздуха (w) в отверстия продувки в корпусе снизу вверх через указанную сырую массу, отличающееся тем, что корпус (1) передвижной воздушной сушилки содержит взаимозаменяемую платформу, пригодную для транспортировки по дорогам и применимую в производстве бумаги и картона, в которой промежуточное днище (v) оснащено перфорированным листом и расположенной сверху проволочной сушильной сеткой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что промежуточное днище (v) взаимозаменяемой платформы наклонено в сторону отверстий продувки, оснащенных заглушками для их закрывания при транспортировке взаимозаменяемой платформы и эксцентриковыми зажимами для соединения указанных отверстий с патрубками нагнетания.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что верхняя стенка взаимозаменяемой платформы содержит проволочную сушильную сетку, расположенную поверх перфорированного листа, для предотвращения распространения пыли во время сушки.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что для взаимозаменяемой платформы предусмотрен верхний вытяжной колпак (1с) для сбора пропускаемого через сырую массу осушающего воздуха, а также предусмотрен соединенный с указанным колпаком блок (1d) утилизации тепла посредством первого теплообменника с целью дальнейшей передачи утилизированного тепла, в частности, для понижения влажности или предварительного нагрева осушающего воздуха (w) посредством второго теплообменника.

5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что канал подачи осушающего воздуха, связанный с нагнетательным вентилятором, оснащен вторым теплообменником и/или отдельным осушителем воздуха для увеличения эффективности осушающего действия потока воздуха (w).

6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что для получаемых брикетов предусмотрен блок (1d) утилизации тепла брикетов и дальнейшей передачи утилизированного тепла, в частности, для понижения влажности или предварительного нагрева осушающего воздуха (w) и/или в соответствующих целях.

7. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что для воздушной сушилки предусмотрен дополнительный блок (1d1) утилизации тепла, такой как один или более солнечных элементов, тепловых насосов и/или аналогичных устройств, причем указанный дополнительный блок (1d1) утилизации тепла содержит блок (1d1') накопления энергии и/или средства (1d1") передачи для передачи энергии, получаемой дополнительным блоком утилизации тепла, в частности, для понижения влажности или предварительного нагрева осушающего воздуха (w) и/или в соответствующих целях.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздушная сушилка выполнена с возможностью приведения ее в действие за счет давления путем присоединения указанной сушилки к стороне всасывания одного или более нагнетательных вентиляторов (1а).