Способ переработки и утилизации бытовых и промышленных отходов с производством тепловой энергии и товарной продукции и комплекс технических средств экопроизводств для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК F23G5/00 B09B3/00 

Изобретение относится к области экологически нейтральной переработки и обезвреживания бытового и промышленного мусора.

Поддержание экологии окружающей среды городских поселений с развитой производственной инфраструктурой является одной из проблем современности. Свалки бытовых и промышленных отходов занимают сотни гектаров пригородной земли, загрязняют ее воздух и воду, требуют повседневной работы большого числа тружеников различных профессиональных компетенций, транспортных средств, дополнительно увеличивающих нагрузку на дороги и окружающую среду, а также расход топлива и энергоресурсов.

Большая часть мусора в мире подвергается обеззараживанию огневым методом с разложением образующихся вредных химических соединений до простейших, без вредных для человека и природы составляющих.

Так, известная по патенту RU 2758677, 2021 г. «Пиролизная мусоросжигательная установка», предназначенная для утилизации твердых бытовых отходов методом пиролиза содержит реактор, охладительные камеры, трубопровод пиролизного газа, дымоход и снабжена баком пиролизной жидкости, продувочной трубой, системой подачи холодной воды в охладительные камеры, при этом реактор расположен горизонтально и имеет две разделенные перегородкой топки, одна из которых обеспечивает дожиг отходящих газов с пиролизным газом и перегретым паром, что положительно отражается на экологической безопасности.

По патенту RU 134290, 2013 г. известна также «Мусоросжигательная установка высокотемпературная, твердотопливная» имеет зону горения топлива и зону дожигания продуктов горения и уничтожаемых отходов с необходимыми конструктивными дополнениями для повышения технологичности изготовления и упрощения эксплуатации установки.

Основными недостатками аналогов является отсутствие реализации остаточного пепла и несгоревшего мусора, а также незаконченность полного цикла утилизации отходов.

В качестве прототипа к заявляемым способу и комплексу технических средств экопроизводств авторами принят патент RU 2502017, 2013 г. «Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов и мусоросжигательный завод для его осуществления»

В основу производственных процессов прототипа положены прогрессивные технологии и решения:

• Отходы сжигаются в наклонной вращающейся печи барабанного типа, что позволяет полностью механизировать и автоматизировать все технологические операции;

• Предусматривается дожигание дымовых газов в вихревом дожигателе с образованием газообразных продуктов полного окисления;

• В составе каждой технологической линии предусмотрена специальная система отчистки дымовых газов по «мокрому» методу;

• В составе завода предусмотрена установка теплоутилизационного оборудования (котла-утилизатора и теплового насоса), что позволяет обеспечить собственные потребности завода в тепле и выдать тепло сторонним потребителям;

• Дополнительно введен блок плавления золы в плазменном реакторе с получением инертного шлака и нетоксичных газовых выбросов.

Мусоросжигательный завод состоит из бункерного блока, блока сжигания твердых бытовых отходов во вращающейся печи барабанного типа, блока дымоотчистки, блока водоподготовки и утилизации тепла, блока утилизации золы, который содержит плавильный реактор, футерованный изнутри, плазмотрон, бункер золы с механизмом ввода золы в систему слива расплава и грануляции шлака, источник электропитания, систему очистки дымовых газов. При этом плавильный реактор блока утилизации золы имеет металлический водоохлаждаемый кожух, блок утилизации золы содержит воздушный компрессор и водяной насос для охлаждения электродов плазмотрона и кожуха реактора, система очистки дымовых газов блока утилизации золы содержит дожигатель, вихревой скруббер с щелочным раствором, рукавный фильтр для очистки от твердых примесей и приемник зольного остатка (вторичной золы).

Способ по прототипу характеризуется тем, что твердые бытовые отходы поступают в бункерный блок, затем в блок их сжигания, дымовые газы из блока сжигания отходов поступают в блок водоподготовки и утилизации тепла, а затем в блок дымоочистки, зола из блока сжигания и блока дымоочистки поступает в блок утилизации золы, сначала в бункер золы с помощью механизма ввода золы, затем в реактор плавления золы, футерованный изнутри и снабженный плазматроном; расплавленная зола поступает в систему слива расплава и грануляции шлака, оборудованную источником электропитания, системой очистки дымовых газов, при этом зола плавится в плавильном реакторе с металлическим водоохлаждаемым кожухом, а дымовые газы проходят через систему очистки дымовых газов блока утилизации золы, снабженную дожигателем, вихревым скруббером с щелочным раствором, рукавным фильтром для очистки от твердых примесей, а вторичная зола (зольный остаток) поступает в приемник зольного остатка.

Существенным недостатком аналогов и прототипа является то, что в мусоросжигательных установках утилизируется мусор, включающий большое (до 40%) количество пищевых отходов, содержащих ценные углеводы, жиры и белки, которые могут быть включены в экологически безопасные рентабельные безотходные производства товарной пищевой продукции.

Задачей способа переработки и утилизации бытовых и промышленных отходов с производством тепловой энергии и товарной продукции и комплекса технических средств экопроизводств для его осуществления является разработка технологии реально замкнутой безотходной технологии нейтрализации мусора с повышением ее экономической целесообразности. При этом одновременно решается проблема экологической изоляции экопроизводств от городской инфраструктуры с сохранением доступности и оперативной доставки к ним бытовых (в том числе быстропортящихся пищевых отбросов и помоев) и промышленных отходов для их экологически безопасной утилизации.

Технологический эффект достигается тем, что способ и комплекс технических средств экопроизводств включает мусоросжигательный завод для его осуществления по прототипу (RU 2502017) и содержит источник электропитания, бункерный блок твердых бытовых отходов, блок их сортировки, блок их сжигания, блок водоподготовки и утилизации тепла, блок дымоочистки, блок утилизации золы, систему расплава и грануляции шлака, накопительный блок пищевых отходов, блок подготовки кормовых смесей, фермы производства пищевой продукции и парниковые хозяйства, при этом комплекс технических средств размещен на совокупности плавучих физически взаимосвязанных платформ, снабженных подъездными и выездными мостовыми фермами связи с береговой набережной для приема отходов и отгрузки готовой товарной продукции.

В способе переработки и утилизации пищевых и твердых горючих компонентов бытовых и промышленных отходов с производством тепловой энергии и товарной продукции, осуществляемый на совокупности плавучих физически взаимосвязанных платформ, характеризующийся тем, что бытовые и промышленные отходы принимают в бункерный блок и далее направляют в блок сортировки, где после сортировки твердые горючие отходы поступают в блок сжигания мусоросжигательного завода, а пищевые отходы и помои через накопительный блок направляют в блок подготовки кормовых смесей и удобрений для распределения по фермам агропроизводств, производящих товарную продукцию агропроизводств; из блока сжигания мусоросжигательного завода газообразные продукты горения поступают в блок дымоочистки мусоросжигательного завода, блок водоподготовки и утилизации тепла мусоросжигательного завода с образованием перегретого пара для производства тепловой энергии; образующаяся зола из блока сжигания и дымочистки мусоросжигательного завода поступает в блок утилизации золы мусоросжигательного завода, сначала в бункер золы с помощью механизма ввода золы и далее в футерованный изнутри и снабженный плазматроном плавильный реактор, расплавленную золу направляют в систему слива расплава и грануляции шлака, при этом дополнительно производят очистку дымовых газов, а полученные зола, шлам и гранулированный шлак используют в качестве товарной продукции для производства строительных материалов.

На Фиг. 1 представлен план размещения комплекса технических средств экопроизводств на совокупности плавучих платформ.

Плавучие платформы проектируются для различного предназначения и водоизмещения с учетом технологичности их производства, пожарной, а также экологически безопасной эксплуатации. Ниже приводится пример базовой комплектации совокупности платформ одинакового типоразмера. На Фиг. 1 обозначены платформы:

1. Приема и сортировки твердых бытовых и промышленных отходов.

2. Мусоросжигательного завода.

3. Приема и предварительной обработки пищевых отходов.

4. Аграрных производств

5 и 6 парниковых хозяйств.

Буквенные обозначения на стрелках введены для выделения внутритехнологических основных потоков:

О - твердых отходов;

П - пищевых отходов;

М - металлоутиля;

В - пищевых включений;

ТО - твердых включений (упаковка, пластик…);

С - смесей;

У - удобрений (органика);

К - кормовых добавок;

Ш - гранулированного шлака;

Т - товарной продукции.

Дополнительно показаны:

7. Подъездные мосты

8. Набережная

9. Мосты вывоза готовой продукции

10. Двери и технологические проезды

Платформа 1 приема и сортировки твердых отходов (О) включает бункерный блок 11 и блок 12 их сортировки.

Расположенный на платформе 2 мусоросжигательный завод содержит блок 13 сжигания твердых бытовых отходов (ТБО), например во вращающейся печи барабанного типа, блок 14 дымоотчистки, блок 15 водоподготовки и утилизации тепла, блок 16 утилизации золы, включающий футерованный изнутри реактор 17, плазмотрон 18, бункер 19 золы с механизмом ее ввода в блок 16, систему 20 слива расплава и грануляции шлака, источник 21 электропитания, систему 22 отчистки дымовых газов. В блоке 16 утилизации золы плавильный реактор 17 имеет металлический водоохлаждаемый кожух. Блок 16 также содержит компрессор и водяной насос для охлаждения электродов плазматрона 18 и кожуха реактора 17. Система 22 очистки бытовых газов включает дожигатель, вихревой скруббер (центрабежно-барабанный аппарат) с щелочным раствором, рукавный фильтр для очистки от твердых примесей и приемник зольного остатка (вторичной золы).

По прототипу параметры блока утилизации золы: температура плавления золы и температура газа в плавильном пространстве - 1400 +(-) 50~С, разрежение - 20:30 мм вод.ст., температура дымовых газов после дожигателя - (1100-1150)~С.

Платформа 3 приема и предворительной обработки пищевых отходов (П) имеет накопительный блок 23 и блок 24 подготовки кормовых смесей (С)

На вторых этажах платформы 1 и 3 размещаются административные служебные и бытовые помещения комплекса, в том числе столовые, зона отдыха и пункт мед. обслуживания рабочей смены.

Способ переработки и утилизации бытовых и промышленных отходов осуществляется следующим образом: поступающие через мосты 9 ТБО принимают (О) в бункерный блок 11 как из спецмашин, так и из грузового транспорта общего назначения. В блоке 12 отделяют металлические (М), стекло, бетон, … и пищевые включения. Пищевые включения передают (В) в помещение 24 подготовки кормовых смесей, куда через накопительный блок 23 поступает (П) основная масса пищевых отходов и помоев. При сортировке твердые включения (пластик, стекло, бетон, картон, деревянная упаковка и т.п.) направляют (У) на сжигание в блоке 12 сортировки ТБО, а из пищевых отходов готовят удобрения и кормовые смеси (С), которые распределяют по технологическим проездам 10 в агрохозяйства, расположенные на платформах 4 и в парники платформ 5 и 6. Фермы агрохозяйств производят яйца, молочную продукцию и т.п.

Их органические отходы перерабатывают в удобрения, используемые (У) в парниках платформы 4 и 5. Отсортированные горючие ТБО подают на сжигание в блок 13 сжигания. Для обеспечения высокой эффективности обезвреживания процесс сжигания отходов осуществляют в две стадии:

- озоление в противоточной вращающейся печи;

- дожигание дымовых газов в вихревом дожигателе.

Дымовые газы охлаждают в котле утилизатора блока 14 дымоочистки с получением перегретого пара в блоке 15 водоподготовки и утилизации тепла. Вырабатываемый пар направляют для обогрева всех помещений комплекса технических средств, в том числе теплиц и использования для собственных нужд мусоросжигательного завода. В блоке 15 выполняют очистку дымовых газов от пыли и вредных примесей.

Золу (3) и шлам из блока 3 сжигания и блока 14 дымоочистки используют в блоке 16 утилизации золы для производства строительных материалов (Ш).

Из переплавляемой золы в систему 22 газоотчистки уходят легколетучие компоненты. Здесь же осуществляют улавливание вторичной пыли.

Гранулированный шлак имеет высокую устойчивость к растворению в воде и слабых кислотах. Он пригоден для строительства дорог и производства строительных материалов.

Продукция (Т) агрохозяйств и парников (платформы 4, 5 и 6) обладает повседневной товарной стоимостью в течение всего года и качественно повышает рентабельность строительства комплекса технических средств экопроизводств.

Изобретение относится к области экологически нейтральной переработки и обезвреживания бытового и промышленного мусора. Технический результат - разработка технологии замкнутой безотходной технологии нейтрализации мусора, а также экологическая изоляция экопроизводств от городской инфраструктуры с сохранением доступности и оперативной доставки к ним бытовых и промышленных отходов для их экологически безопасной утилизации. Комплекс технических средств экопроизводств для переработки и утилизации пищевых и твердых горючих компонентов бытовых и промышленных отходов с производством тепловой энергии и товарной продукции содержит бункерный блок, блок сортировки бытовых и промышленных отходов, мусоросжигательный завод, накопительный блок пищевых отходов, блок подготовки кормовых смесей и удобрений, фермы агропроизводств, размещенные на совокупности плавучих физически взаимосвязанных платформ, снабженных подъездными и выездными мостами связи с береговой набережной для приема отходов и отгрузки готовой товарной продукции. При этом мусоросжигательный завод содержит блок сжигания, блок дымоочистки, блок водоподготовки и утилизации тепла и блок утилизации золы, содержащий футерованный изнутри плавильный реактор с плазмотроном, бункер золы с механизмом ее ввода в блок утилизации золы, источник питания, систему слива расплава и грануляции шлака и дополнительную систему очистки дымовых газов. Причем блок водоподготовки и утилизации тепла выполнен с возможностью образования перегретого пара для производства тепловой энергии. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переработки и утилизации пищевых и твердых горючих компонентов бытовых и промышленных отходов с производством тепловой энергии и товарной продукции, осуществляемый на совокупности плавучих физически взаимосвязанных платформ, характеризующийся тем, что бытовые и промышленные отходы принимают в бункерный блок и далее направляют в блок сортировки, где после сортировки твердые горючие отходы поступают в блок сжигания мусоросжигательного завода, а пищевые отходы и помои через накопительный блок направляют в блок подготовки кормовых смесей и удобрений для распределения по фермам агропроизводств, производящих товарную продукцию агропроизводств; из блока сжигания мусоросжигательного завода газообразные продукты горения поступают в блок дымоочистки мусоросжигательного завода, блок водоподготовки и утилизации тепла мусоросжигательного завода с образованием перегретого пара для производства тепловой энергии; образующаяся зола из блоков сжигания и дымоочистки мусоросжигательного завода поступает в блок утилизации золы мусоросжигательного завода, сначала в бункер золы с помощью механизма ввода золы и далее в футерованный изнутри и снабженный плазмотроном плавильный реактор, расплавленную золу направляют в систему слива расплава и грануляции шлака, при этом дополнительно производят очистку дымовых газов, а полученные золу, шлам и гранулированный шлак используют в качестве товарной продукции для производства строительных материалов.

2. Комплекс технических средств экопроизводств для переработки и утилизации пищевых и твердых горючих компонентов бытовых и промышленных отходов с производством тепловой энергии и товарной продукции, содержащий бункерный блок, блок сортировки бытовых и промышленных отходов, мусоросжигательный завод, накопительный блок пищевых отходов, блок подготовки кормовых смесей и удобрений, фермы агропроизводств, размещенные на совокупности плавучих физически взаимосвязанных платформ, снабженных подъездными и выездными мостами связи с береговой набережной для приема отходов и отгрузки готовой товарной продукции, при этом мусоросжигательный завод содержит блок сжигания, блок дымоочистки, блок водоподготовки и утилизации тепла и блок утилизации золы, содержащий футерованный изнутри плавильный реактор с плазмотроном, бункер золы с механизмом ее ввода в блок утилизации золы, источник питания, систему слива расплава и грануляции шлака и дополнительную систему очистки дымовых газов, причем блок водоподготовки и утилизации тепла выполнен с возможностью образования перегретого пара для производства тепловой энергии.