Установка для термического разложения частично подготовленных твердых органических отходов Российский патент 2023 года по МПК F23G5/27 

Изобретение относится к устройствам для термической переработки твердых органических отходов, в том числе коммунальных, и может быть использовано в народно-хозяйственном комплексе для утилизации и уничтожения отходов.

Известны устройства для обезвреживания и уничтожения твердых отходов (например, патент на изобретение РФ №2089786, МПК F23G 5/00, 1997 г., патент на изобретение РФ №2089787 МПК F23G 5/00, 1997 г.), включающие камеру газификации печи-утилизатора с зонами сушки, пиролиза и газификации с отверстиями для ввода кислородосодержащего газифицирующего агента и выходными отверстиями для вывода газообразных продуктов в камеру дожигания, устройство для регулирования расхода газифицирующего агента, при этом одно отверстие для ввода кислородосодержащего агента расположено в зоне газификации, другое в зоне сушки.

Недостатками указанных устройств являются: низкая надежность работы вследствие зависания перерабатываемых отходов в верхней части камеры газификации, связанного с выделением смол из отходов пиролизным газом, поднимающимся из нижней части камеры газификации, и сложность конструкции, обусловленная наличием дополнительных энергоемких устройств для получения газифицирующего агента.

Известна установка обезвреживания и уничтожения твердых бытовых отходов, (патент на изобретение РФ №2201552, МПК F23G 5/027, F23G 5/14, 2003 г.), содержащая загрузочное устройство, камеру газификации с отверстиями вывода газообразных продуктов, камеру дожигания, приемный контейнер отходов, устройство отвода газообразных продуктов переработки и камеры сгорания, одни из которых расположены в нижней части камеры дожигания тангенциально внешней поверхности рабочего пространства камеры, а другие расположены в нижней части камеры газификации по радиусу к центру камеры и соединены с отверстиями вывода газообразных продуктов камеры газификации. Камера дожигания охватывает зону сушки и зону пиролиза камеры газификации, нижняя часть которой расположена в корпусе с образованием кольцевого пространства, соединенного с внутренним объемом камеры газификации и с отверстиями вывода газообразных продуктов. Камеры сгорания, расположенные по радиусу к центру камеры газификации, установлены между корпусом и камерой дожигания.

Недостатком указанной установки является низкая эффективность работы из-за засорения разогретыми массами не переработанных твердых бытовых отходов канала выхода пиролизного газа, приводящего к уменьшению проходного сечения канала, накоплению пиролизного газа в камере газификации и невозможности его поступления к потребителю.

Известна установка обезвреживания и уничтожения твердых отходов (патент на изобретение РФ №2282788, МПК F23G 5/027, F23G 5/24, 2006 г.), содержащая загрузочное устройство, камеру газификации с отверстиями вывода пиролизого газа, установленную в корпусе с возможностью образования зоны отбора пиролизного газа для подачи его в камеры сжигания и к внешнему потребителю, камеру дожигания, устройство отвода газообразных продуктов сжигания. Часть камер выполнена с возможностью полного сжигания пиролизного газа, другая часть камер сжигания - с возможностью получения при сжигании пиролизного газа газифицирующего агента и размещена в корпусе с возможностью подачи газифицирующего агента в камеру газификации. Установка снабжена дефлекторами, расположенными в камере дожигания и выполненными в виде плоских лент, охватывающих по винтовой линии камеру газификации. Камеры сжигания пиролизного газа установлены под углом наклона винтовых линий дефлекторов таким образом, что образующиеся на выходе камер сжигания высокотемпературные скоростные потоки продуктов сгорания поступают в каналы, образованные винтовыми поверхностями дефлекторов и, двигаясь вдоль канала, омывают наружную поверхность камеры газификации, передавая ей большую часть тепловой энергии.

Недостатками указанной установки являются низкое качество получаемого топливного газа, вследствие насыщения его водяными парами в зоне сушки, и низкая надежность из-за сложности конструкции загрузочного устройства.

Известна пиролизная печь для утилизации твердых бытовых и промышленных отходов (патент на изобретение РФ №2726085, МПК F23G 5/027, В09В 3/00 2018 г.), содержащая корпус, стенки которого выполнены из жаропрочного материала, пиролизный реактор цилиндрической формы, топку пиролизного реактора с камерой сгорания, снабженную горелками, установленными с возможностью подачи в них и розжига в камере сгорания теплоносителя. Печь состоит из 30 вертикально расположенных цилиндрической формы реакторов, соединенных в верхней части парами и имеющих для каждой пары общую камеру загрузки твердых бытовых и промышленных отходов; топка является общей для всех реакторов, установлена у начала печи в нижней его части и имеет подводку к наружной поверхности каждого из реакторов от общего теплопровода с ответвлениями к каждому реактору в форме арок из огнеупорного кирпича; каждый реактор соосно помещен в отдельную шахту цилиндрической формы, футерованную изнутри со стороны реактора слоем огнеупорного кирпича, образуя пустотную полость цилиндрической формы между реактором и шахтой, снаружи шахта выложена слоем красного кирпича; каждая пара реакторов помещена в секцию прямоугольного сечения, каждая шахта реактора соединена отдельным дымоходом с общим отводящим дымоходом, снабженным заслонкой между ними, каждый реактор соединен отдельным трубопроводом с общим трубопроводом для отвода и возврата получаемого в результате пиролиза синтез-газа обратно в топку; каждая шахта реактора цилиндрической формы из огнеупорного кирпича имеет в верхней части по периметру шесть отверстий для соединения с прямоугольной секцией пары реакторов, соединенной в свою очередь с дымоходом, заканчивающимся в конце печи вертикальной выводной трубой; в каждой секции каждый реактор с его шахтой в паре отделен от второго реактора с его шахтой вертикальной кирпичной перегородкой, при этом по три отверстия из шести в верхней части шахты изолированы от других трех отверстий в ней; верхняя часть корпуса печи закрыта емкостью прямоугольной формы для нагрева воды, причем нижней частью емкости герметично закрыты все шахты и секции печи; нижняя часть каждого реактора выполнена в форме усеченного конуса с выводом трубы меньшего, чем диаметр реактора, сечения ниже уровня дна печи для выведения полученного в результате пиролиза шлака.

Недостатком указанной пиролизной печи является низкая эффективность из-за возможного слипания твердых бытовых и промышленных отходов из-за низкой газопроницаемости их слоя, высокие затраты топлива (теплоты) на аккумулирование теплоты обмуровки печи реактора и отсутствие возможности подачи пиролизного газа потребителям.

Известна установка для термического разложения несортированных твердых органических отходов (патент на изобретение РФ №2645029, МПК F23G 5/027, 2018 г.), принятая за прототип, содержащая накопительную камеру, камеру пиролиза, установленную внутри камеры сжигания в корпусе, с образованием зоны отбора пиролизного газа через щелевой коллектор для отбора пиролизного газа с целью подачи его внешнему потребителю и в камеру сжигания. В камере пиролиза установлен воронкообразный козырек, образующий кольцевую зону с отверстиями для удаления водяных паров и легких летучих соединений. Камера сжигания снабжена патрубком для отвода смеси технологических газов через теплообменник-подогреватель воздуха, который соединен воздуховодом горячего воздуха через коллектор с газовыми горелками.

Недостатками данной установки являются невысокая производительность и нестабильность выхода горючего газа, длительность и невысокая эффективность процесса переработки, отсутствие возможности регулирования процесса сушки.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности термической переработки твердых органических отходов с получением горючего газа.

Технический результат достигается тем, что установка для термического разложения частично подготовленных твердых органических отходов, содержащая камеру сжигания с футерованным корпусом, внутри которой установлена цилиндрическая камера пиролиза с узлом отбора пиролизного газа для подачи его внешнему потребителю и в камеру сжигания, камера сжигания снабжена патрубком для отвода продуктов сгорания через теплообменник-подогреватель воздуха, футерованный корпус выполнен в форме параллелепипеда, в рабочем пространстве камеры сжигания дополнительно установлены три камеры пиролиза, камера сжигания дополнительно снабжена вторым патрубком для отвода продуктов сгорания через второй теплообменник-подогреватель воздуха, каждая камера пиролиза через шлюзовой затвор сообщена с размещенной над ней вне футерованного корпуса камерой сушки с щелевыми отверстиями, камера сушки через шлюзовой затвор сообщена с накопителем загрузочного устройства, газовая горелка размещена в центре свода футерованного корпуса, факел пламени горелки ориентирован вниз параллельно осям камер пиролиза, в футерованном корпусе у двух противоположных стенок установлены вертикальные топочные перегородки для организации движения продуктов сгорания к соответствующему патрубку для отвода продуктов сгорания в соответствующий теплообменник-подогреватель воздуха, каждый теплообменник-подогреватель воздуха сообщен воздуховодами подогретого воздуха с двумя камерами сушки, каждая камера сушки патрубком для отвода смеси газов через конденсатоотводчик сообщена с газовой горелкой. Вертикальные топочные перегородки выполнены высотой 0,6÷0,9 от высоты рабочего пространства камеры сжигания.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг. 1 изображен общий вид установки для термического разложения частично подготовленных твердых органических отходов в разрезе; на фиг. 2 изображен вид сверху установки для термического разложения частично подготовленных твердых органических отходов вид сверху.

На чертежах использованы следующие обозначения: накопитель загрузочного устройства 1, шлюзовой затвор 2 камеры накопителя загрузочного устройства, камера сушки 3, щелевые отверстия 4, шлюзовой затвор 5 камеры сушки, камера пиролиза 6, узел отбора пиролизного газа 7, футерованный корпус 8, камера сжигания 9, газовая горелка 10, топочные перегородки 11, патрубок 12 для отвода продуктов сгорания, теплообменник-подогреватель воздуха 13, дымовая труба 14, воздуховод подогретого воздуха 15, патрубок 16 для отвода смеси газов, конденсатосборник 17, вентилятор 18, газопровод 19, регулировочная арматура 20, колосниковая решетка 21, приемный контейнер 22, Т - частично подготовленные твердые органические отходы, Г - пиролизный газ, З - зола, В - воздух на сушку и горение, ПГ - продукты горения.

Установка для термического разложения частично подготовленных твердых органических отходов содержит футерованный корпус 8, выполненный в форме параллелепипеда, образующий камеру сжигания 9. В рабочем пространстве камеры сжигания 9 установлены четыре камеры пиролиза 6. Каждая камера пиролиза 6 через шлюзовой затвор 5 сообщена с размещенной над ней вне футерованного корпуса 8 цилиндрической камерой сушки 3. Каждая камера сушки 3 через шлюзовой затвор 2 сообщена с накопителем загрузочного устройства 1. Каждая камера сушки 3 имеет щелевые отверстия 4 для прохода горячего воздуха. Каждая камера пиролиза 6 снабжена узлом отбора пиролизного газа 7 для подачи его внешнему потребителю и в камеру сжигания 9 в газовую горелку 10. Газовая горелка 10 размещена в камере сжигания 9 в центре свода футерованного корпуса 8. Факел пламени газовой горелки 10 ориентирован вниз параллельно осям камер пиролиза 6, это исключает выгорание стенок камер пиролиза 6 и стенок футерованного корпуса 8, обеспечивая повышение надежности установки, а так же обеспечивает полное и равномерное омывание высокотемпературными потоками продуктов сгорания камер пиролиза 6. Камера сжигания 9 снабжена двумя патрубками 12 для отвода продуктов сгорания через соответствующий теплообменник-подогреватель воздуха 13. В футерованном корпусе 8 у двух противоположных стенок установлены вертикальные топочные перегородки 11 для организации движения продуктов сгорания к соответствующему патрубку 12 для отвода продуктов сгорания в соответствующий теплообменник-подогреватель воздуха 13. Вертикальные топочные перегородки 11 выполнены высотой 0,6÷0,9 от высоты рабочего пространства камеры сжигания 9 для организации движения продуктов сгорания с учетом требуемой продолжительности пребывания продуктов сгорания в камере сжигания 9 и интенсификации теплообмена. Каждый теплообменник-подогреватель воздуха 13 сообщен воздуховодами подогретого воздуха 15 с двумя камерами сушки 3. Каждая камера сушки 3 патрубком 16 для отвода смеси газов через конденсатосборник 17 сообщена с газовой горелкой 10.

Установка для термического разложения частично подготовленных твердых органических отходов работает следующим образом. Частично подготовленные твердые органические отходы загружают в накопитель загрузочного устройства 1 с шлюзовым затвором 2 для дозированной подачи отходов последовательно в камеру сушки 3, а за тем через шлюзовой затвор 5 в камеру пиролиза 6. Производят подачу пускового топлива (например, природного газа) в газовую горелку 10 и осуществляют розжиг. В процессе горения топлива образуются высокотемпературные потоки продуктов сгорания, которые передают тепловую энергию перерабатываемому сырью, омывая наружную поверхность каждой камеры пиролиза 6. Топочные перегородки 11 в камере сжигания 9 обеспечивают движение потоков продуктов сгорания исходя из требуемой продолжительности их пребывания в топочном объеме камеры, а также равномерность прогрева камер пиролиза 6, отдавая большую часть тепловой энергии перерабатываемому сырью через стенку камеры пиролиза 6. Полученный в результате запуска установки пиролизный газ, отбирают через узел отбора пиролизного газа 7. Часть отобранного газа направляют стороннему потребителю, а другую часть направляют в газовую горелку 10 и используют как основное топливо, обеспечивая его полное сжигание посредством подачи горячего воздуха. Горячий воздух получают в теплообменнике-подогревателе воздуха 13 за счет отдачи тепла продуктами сгорания, поступающими по патрубку 12 для отвода продуктов сгорания из камеры сжигания 9. Горячий воздух из теплообменника-подогревателя воздуха 13 направляют в камеру сушки 3, через щелевые отверстия 4 для прохода потока горячего воздуха, обеспечивая равномерный прогрев и высушивание сырья. Образовавшиеся в процессе сушки отходов водяные пары и легкие летучие соединения в смеси с горячим воздухом направляют по патрубку 16 для отвода смеси газов в конденсатосборник 17 для охлаждения и удаления влаги, а затем в газовую горелку 10. Подачу холодного воздуха в теплообменник-подогреватель воздуха 13 производят посредством вентилятора 18. Удаление отработанных продуктов сгорания осуществляют в дымовую трубу 14. Регулирование процесса горения пиролизного газа осуществляют при помощи регулировочной арматуры 20. После выхода печи на рабочий режим пусковое топливо не используют. Рабочий процесс термического разложения осуществляется за счет энергии, полученной от сжигания пиролизного газа. Перерабатываемые отходы дозированно перемещаются из камеры сушки 3 в камеру пиролиза 6 подвергаясь непрерывной тепловой обработке. Расположение в рабочем пространстве камеры сжигания 9 четырех камер пиролиза 6 позволяет обеспечить стабильность выхода пиролизного газа, возможность перерабатывать до четырех видов отходов одновременно, повысить производительность и эффективность работы установки. Оставшиеся непереработанные частицы поступают на колосниковую решетку 21, а затем в приемный контейнер 22, откуда их удаляют для дальнейшего использования (например, в технологии строительного производства).

Использование изобретения позволяет повысить эффективность термической переработки частично подготовленных твердых органических отходов с получением газообразного топлива.

Изобретение относится к устройствам для термической переработки твердых органических отходов, в том числе коммунальных, и может быть использовано в народно-хозяйственном комплексе для утилизации и уничтожения отходов. Технический результат - повышение эффективности термической переработки твердых органических отходов с получением горючего газа. Установка для термического разложения частично подготовленных твердых органических отходов содержит камеру сжигания с футерованным корпусом, внутри которой установлена цилиндрическая камера пиролиза с узлом отбора пиролизного газа для подачи его внешнему потребителю и в камеру сжигания. Камера сжигания снабжена патрубком для отвода продуктов сгорания через теплообменник-подогреватель воздуха. Футерованный корпус выполнен в форме параллелепипеда, в рабочем пространстве камеры сжигания дополнительно установлены три камеры пиролиза. Камера сжигания дополнительно снабжена вторым патрубком для отвода продуктов сгорания через второй теплообменник-подогреватель воздуха. Каждая камера пиролиза через шлюзовой затвор сообщена с размещенной над ней вне футерованного корпуса камерой сушки с щелевыми отверстиями, камера сушки через шлюзовой затвор сообщена с накопителем загрузочного устройства, газовая горелка размещена в центре свода футерованного корпуса, факел пламени горелки ориентирован вниз параллельно осям камер пиролиза. В футерованном корпусе у двух противоположных стенок установлены вертикальные топочные перегородки для организации движения продуктов сгорания к соответствующему патрубку для отвода продуктов сгорания в соответствующий теплообменник-подогреватель воздуха. Каждый теплообменник-подогреватель воздуха сообщен воздуховодами подогретого воздуха с двумя камерами сушки. Каждая камера сушки патрубком для отвода смеси газов через конденсатоотводчик сообщена с газовой горелкой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для термического разложения частично подготовленных твердых органических отходов, содержащая камеру сжигания с футерованным корпусом, внутри которой установлена цилиндрическая камера пиролиза с узлом отбора пиролизного газа для подачи его внешнему потребителю и в камеру сжигания, камера сжигания снабжена патрубком для отвода продуктов сгорания через теплообменник-подогреватель воздуха, отличающаяся тем, что футерованный корпус выполнен в форме параллелепипеда, в рабочем пространстве камеры сжигания дополнительно установлены три камеры пиролиза, камера сжигания дополнительно снабжена вторым патрубком для отвода продуктов сгорания через второй теплообменник-подогреватель воздуха, каждая камера пиролиза через шлюзовой затвор сообщена с размещенной над ней вне футерованного корпуса камерой сушки с щелевыми отверстиями, камера сушки через шлюзовой затвор сообщена с накопителем загрузочного устройства, газовая горелка размещена в центре свода футерованного корпуса, факел пламени горелки ориентирован вниз параллельно осям камер пиролиза, в футерованном корпусе у двух противоположных стенок установлены вертикальные топочные перегородки для организации движения продуктов сгорания к соответствующему патрубку для отвода продуктов сгорания в соответствующий теплообменник-подогреватель воздуха, каждый теплообменник-подогреватель воздуха сообщен воздуховодами подогретого воздуха с двумя камерами сушки, каждая камера сушки патрубком для отвода смеси газов через конденсатоотводчик сообщена с газовой горелкой.

2. Установка для термического разложения частично подготовленных твердых органических отходов по п. 1, отличающаяся тем, что вертикальные топочные перегородки выполнены высотой 0,6÷0,9 от высоты рабочего пространства камеры сжигания.