Установка термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов Российский патент 2024 года по МПК F23G5/27 

Изобретение относится к области термической обработки и утилизации твердых отходов в коммунальном хозяйстве и промышленности путем их газификации и сжигания полученного газа в условиях, обеспечивающих экологически чистый состав конечных продуктов - дымовых газов и коксозольного остатка.

Известно устройство для обезвреживания и уничтожения твердых отходов, преимущественно госпитальных, содержащих горючие материалы (патент РФ № 2089786), включающее камеру газификации с отверстиями для регулируемой подачи кислородосодержащего газифицирующего агента и отверстиями для вывода газообразных продуктов в камеру дожигания, камеру дожигания с отверстиями для ввода вторичного воздуха, при этом камера газификации частично, той своей частью, где расположена зона газификации, погружена в камеру дожигания.

Известно также устройство для обезвреживания и уничтожения твердых отходов, преимущественно больничных, содержащих горючие материалы (патент РФ № 2089787), включающее камеру газификации печи-утилизатора с зонами сушки и газификации с входными отверстиями для ввода кислородсодержащего газифицирующего агента и выходными отверстиями для вывода газообразных продуктов в камеру дожигания, камеру дожигания с отверстиями для ввода вторичного воздуха, устройства регулирования расхода газифицирующего агента и вторичного воздуха, при этом одно отверстие для ввода кислородсодержащего газифицирующего агента расположено в зоне газификации, другое в зоне сушки, а выходные отверстия для вывода газообразных продуктов в камеру дожигания в зоне газификации.

Недостатками известных устройств являются:

- низкая надежность и эффективность работы вследствие зависания утилизируемых отходов в верхней части камеры газификации, связанное с выделением смол из отходов при их нагреве пиролизным газом, поднимающимся из нижней части камеры газификации и осаждением их на относительно холодные стенки камеры верхней части, а также закоксованием проточной части трубопроводов, по которым поступает пиролизный газ;

- сложная конструкция, обусловленная наличием дополнительных энергоемких устройств для получения газифицирующего агента.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является установка обезвреживания и уничтожения твердых отходов (патент РФ № 2201552), содержащая загрузочное устройство, камеру газификации с отверстиями вывода газообразных продуктов, камеру дожигания, приемный контейнер отходов, устройство отвода газообразных продуктов переработки, 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, при этом 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.

Недостатками известного устройства являются:

- низкая надежность работы, обусловленная тангенциальным расположением камер сжигания в нижней части камеры дожигания, при котором образуется температурный градиент по высоте камеры газификации, что приводит к неравномерному нагреву обрабатываемых отходов;

- низкая эффективность работы установки за счет засорения раскаленными массами не переработанных отходов канала выхода пиролизного газа, приводящее к уменьшению проходного сечения канала, накоплению пиролизного газа в камере газификации и невозможности его поступления для выполнения технологических операций, что требует принудительного отсоса пиролизного газа из камеры газификации.

Задачей изобретения является создание установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов, обладающей достаточной надёжностью, относительно простой конструкцией с сохранением высокого уровня эффективности.

Техническим результатом изобретения является:

- высокая эффективность и надежность установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов за счет обеспечения равномерной температуры по всей высоте её камеры газификации, и как следствие отсутствие в конструкции холодных поверхностей, способных охлаждать раскаленные смолы и недогоревшие массы топлива, тем самым, исключая возможность засорения и аварийной остановки.

- простота конструкции и экономичность работы установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходовза счет исключением дорогостоящих материалов, из которых изготавливается камера газификации с камерой дожигания, и отсутствия дополнительных устройств для получения газифицирующего агента, так как для процессов получения горючего газа и его дожигания необходим лишь воздух из окружающей среды.

Технический результат изобретения достигается с помощью установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов, содержащей камеру газификации цилиндрической формы с окном загрузки и отводом для дымовых газов, имеющая в нижней части колосниковую решётку c гребёнкой, под которыми расположен зольник с первичным и вторичным шиберами, неподвижными скребками и шнековый удалитель золы, в верхней части зольника имеется впускной патрубок первичного воздуха с регулируемой задвижкой, расположенный между колосниковой решеткой и первичным шибером, камера газификации расположена внутри кольцевой камеры нагрева, нижняя часть которой оснащена впускным патрубком дымовых газов, а верхняя часть выпускным патрубком, при этом камера нагрева изнутри обмурована огнеупорным материалом, камеру дожигания вынесенную отдельно стоящим элементом прямоугольной формы, внутренняя облицовка которой выполнена из огнеупорного материала, при этом в её нижней части имеется дизельная горелка, организован подвод горючего газа и вторичного воздуха, а в верхней части отвод дымовых газов с обеспечением возможности регулирования его температуры.

Предлагаемое техническое решение поясняется фиг. 1-5, на которых изображен общий вид установки обезвреживания и уничтожения твёрдых коммунальных отходов с разрезами.

Предлагаемое техническое решение поясняется фиг, на которой изображен общий вид установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов.

Установка термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов состоит из камеры газификации 1 цилиндрической формы с диаметром d и высотой h, с окном загрузки 2 диаметром 0,5d, на высоте 1/7h имеется отвод для дымовых газов диаметром 0,25d, и имеющая в нижней части колосниковую решётку 3 c гребёнкой 4, под которыми расположен зольник 5 с первичным и вторичным шиберами 6,7 и неподвижными скребками 8, шнековый удалитель золы 9, верхняя часть зольника 5 оснащена впускным патрубком 10 первичного воздуха с регулируемой задвижкой 11 , камера газификации 1 расположена внутри кольцевой камеры нагрева 12 диаметром 1,26d, нижняя часть которой оснащена впускным патрубком 13 дымовых газов диаметром 0,14d, а верхняя часть выпускным патрубком 14 диаметром 0,27d, при этом камера нагрева 12 изнутри обмурована огнеупорным материалом, камеры дожигания 15 вынесенной отдельно стоящим элементом прямоугольной формы с квадратом в основании со стороной 1,5d и высотой 0,6h, внутренняя облицовка которой выполнена из огнеупорного материала, при этом в нижней части камеры дожигания 15 на высоте 0,1h имеется дизельная горелка 16, на высоте 0,2h организован подвод горючего газа посредством газохода 17 и вторичного воздуха через воздуховод 18 с регулирующей заслонкой 19, а на высоте 0,55h отвод дымовых газов в газоход 20 с патрубком 21 подачи холодного воздуха и регулирующей заслонкой 22. Для исключения тепловых потерь в окружающую среду впускной и выпускной патрубки 13, 14 и газоходы 17, 20 тоже теплоизолированы.

Установка термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов работает следующим образом.

Запуск установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов производится розжигом дизельной горелки 16 путем подачи дизельного топлива и воздуха. В результате сгорания дизельного топлива в камере дожигания 15 образуются высокотемпературные дымовые газы (1200-1250°C) которые, двигаясь по газоходу 20, смешиваются с холодным воздухом из патрубка 21, и поступают в камеру нагрева 12, разогревая её до 600°C. Посредством теплопередачи, через внутреннюю металлическую стенку камеры нагрева 12, которая является наружной стенкой камеры газификации 1, осуществляется прогрев камеры газификации 1 до 575°C. При прогреве камеры газификации 1 регулирующая заслонка 11 на патрубке первичного воздуха 10 закрыта. Дымовые газы, отдав тепловую энергию в камере нагрева 12, отправляются на тепловую утилизацию (например, в котёл-утилизатор). После прогрева камеры газификации 1 до 575°C открывается регулирующая заслонка 11 на патрубке 10 первичного воздуха, таким образом, что бы объем подсасываемого воздуха с температурой окружающей среды, соответствовал заданной производительности установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов, а температура в камере газификации 1 стабилизировалась на уровне 550°C. При этом поддержание температуры газа в камере нагрева 12 на уровне 600°C осуществляется регулируемой подачей воздуха с температурой окружающей среды через патрубок 21 с помощью регулируемой заслонки 22. Стабилизация температуры в камере газификации 1 на уровне 525-550°C, при условии подсасывания в неё необходимого количества первичного воздуха, свидетельствует о готовности установки к термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов.

Технологический процесс термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов заключается в следующем.

Твердые коммунальные отходы размерами частиц 30-50 мм и влажностью до 40% непрерывно подаются через окно загрузки 2 в камеру газификации 1, на её колосниковую решётку 3. Попадая в среду с температурой 525-550°C, хвосты сортировки твёрдых коммунальных отходов по мере прогревания, в присутствии необходимого количества воздуха, подвергаются сушке, “сухому пиролизу” и газификации, в результате чего образуется горючий газ.

Присутствие в пиролизной массе различных соединений хлора, а также кислорода при условии протекания процесса с температурой выше 450-500°С приводит к хлорированию горючей газообразной массы и образованию диоксина. Поэтому для разложения смол, хлоруглеводородных соединений и ароматических углеводородов полученный горючий газ из камеры газификации 1 по газоходу 17 подается в камеру дожигания 15, где смешиваясь с вторичным воздухом, подсасываемым через воздуховод 18, с регулируемой заслонкой 19, сгорает. В процессе горения газа в камере дожигания 15 образуются высокотемпературные дымовые газы с температурой 1250°C, которые, прежде чем попасть в камеру нагрева 12, через газоход 20 и впускной патрубок 13, за счёт регулируемого подсоса холодного окружающего воздуха, через патрубок 21 с заслонкой 22 остужаются до 600°C. Дымовые газы с температурой 600°C в камере нагрева 12, отдав тепловую энергию через общую металлическую стенку камеры газификации 1, отправляются через выпускной патрубок 14 на тепловую утилизацию (например, в котёл-утилизатор).

Подсос холодного воздуха через патрубки 10, 18 и 21, движение образовавшихся горючей газообразной смеси в камере газификации 1, газоходе 17, а так же дымовых газов в камере дожигания 15, газоходе 20 и камере нагрева 12 осуществляется за счёт дымососа утилизирующей тепло дымовых газов установки (например, дымососом котла-утилизатора).

В процессе работы установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов возможно периодическое засорение колосниковой решетки 3 коксозольными массами. Для их ликвидации предусмотрена гребёнка 4. Возвратно-поступательные движения гребёнки позволяют разбивать крупные скопления коксозольных масс, запёкшихся на колосниковой решетке 3, обеспечивая их просыпание на первичный шибер 6. Для исключения подсосов воздуха из зольника 5 в камеру газификации 1 предусмотренмеханизм из поочередно открывающихся и закрывающихся первичного и вторичного шиберов 6 и 7. При скоплении коксозольной массы на первичном шибере 6, путем кратковременного открытия и закрытия, происходит её сброс на вторичный шибер 7. При закрытии первичного шибера 6 аналогичным образом происходит сброс коксозольной массы с вторичного шибера 7 в зольник 5. Для более эффективного сброса коксозольной массы с шиберов в зольнике 5 предусмотрены неподвижно закрепленные скребки 8. Коксозольные массы, накопившиеся в зольнике 5, удаляются шнеком 9, что позволяет обеспечить надёжную непрерывную работу установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов и, следовательно, достигнуть высокой ее эффективности.

При наборе устойчивой температуры в объёме камеры газификации 1 (525-550°C), где при непрерывной подаче хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов и первичного воздуха протекает непрерывный процесс образования горючего газа и его сжигания в камере дожигания 15 с выделением тепла, подача дизельного топлива на горелку 16 прекращается. Далее процесс термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов протекает самостоятельно, за счёт теплоты, выделяемой при сгорании образовавшегося горючего газа камере дожигания 15. За счет обеспечения условий образования горючего газа, сжигание которого приводит к топливной независимости, достигнута экономичность работы установки и простота конструкции установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов.

Высокая эффективность и надёжность установки термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов достигается за счет размещения камеры газификации 1 внутри кольцевой камеры нагрева 12, совместная компоновка которых обеспечивает равномерные температуры по всей высоте камеры газификации 1 и кольцевой камеры нагрева 12. При этом, за счёт более высокой температуры в кольцевой камере нагрева 12, чем в камере газификации 1, исключается контакт с поверхностями, способными охлаждать продукты газификации (раскаленные смолы и недогоревшие массы топлива). Кроме того, вынос камеры дожигания 15 отдельно стоящим элементом, позволяет изготовить её из менее дорогого более долговечного материала, чем жаропрочная сталь, например огнеупорного материала. При этом требования к стали, из которой выполнена камера газификации 1, тоже снижаются, так как снижается температурный напор на её стенке.

Изобретение относится к области термической обработки и утилизации твердых отходов в коммунальном хозяйстве и промышленности путем их газификации и сжигания в условиях, обеспечивающих экологически чистый состав конечных продуктов - дымовых газов и коксозольного остатка. Технический результат - повышение эффективности и надежности утилизации твёрдых коммунальных отходов, обеспечение равномерной температуры по всей высоте камеры газификации. Установка термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов содержит камеру газификации с отверстием для вывода горючего газа, окно загрузки твёрдых отходов, камеру дожигания, камеру нагрева с впускным и выпускным патрубками дымовых газов. При этом камера газификации расположена внутри камеры нагрева. В нижней части камера газификации содержит колосниковую решётку и гребёнку, а под камерой газификации выполнены зольник, первичный и вторичный шиберы, над каждым из которых установлены неподвижные скребки, шнековый удалитель золы. Зольник со шнековым удалителем золы расположены под колосниковой решеткой, первичным и вторичным шиберами. Верхняя часть зольника оснащена впускным патрубком первичного воздуха с регулируемой задвижкой. Камера дожигания вынесена отдельно стоящим элементом, в нижней части которой установлена дизельная горелка, подключены газоход горючего газа из камеры газификации с вторичным воздуховодом и регулирующей заслонкой, в верхней части выполнен газоход с патрубком подмеса холодного воздуха и регулирующей заслонкой для отвода продуктов сгорания в камеру нагрева. 5 ил.

Установка термической утилизации хвостов сортировки твёрдых коммунальных отходов, содержащая камеру газификации с отверстием для вывода горючего газа, окно загрузки твёрдых отходов, камеру дожигания, отличающаяся тем, что снабжена камерой нагрева с впускным и выпускным патрубками дымовых газов, при этом камера газификации расположена внутри камеры нагрева, в нижней части камера газификации содержит колосниковую решётку и гребёнку, а под камерой газификации выполнены зольник, первичный и вторичный шиберы, над каждым из которых установлены неподвижные скребки, шнековый удалитель золы, причем зольник со шнековым удалителем золы расположены под колосниковой решеткой, первичным и вторичным шиберами, при этом верхняя часть зольника оснащена впускным патрубком первичного воздуха с регулируемой задвижкой, камера дожигания вынесена отдельно стоящим элементом, в нижней части которой установлена дизельная горелка, подключены газоход горючего газа из камеры газификации с вторичным воздуховодом и регулирующей заслонкой, в верхней части выполнен газоход с патрубком подмеса холодного воздуха и регулирующей заслонкой для отвода продуктов сгорания в камеру нагрева.