Энерготехнологический комплекс по переработке хвостов сортировки твердых коммунальных отходов Российский патент 2025 года по МПК F23G5/04 B09B3/40 

Изобретение относится к решению проблем в мусороперерабатывающей отрасли, возникающих при утилизации твердых коммунальных отходов (ТКО), в частности при утилизации хвостов после сортировки.

Известны способ и установка утилизации твердых бытовых отходов на полигонах (Патент RU №2601062). Способ утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) на полигонах включает загрузку отходов в установку, биоразложение с образованием газообразных и твердых продуктов, обезвреживание, охлаждение и накопление продуктов переработки. Перед загрузкой проводят радиационный и дозиметрический контроль массы ТБО, утилизацию ТБО, которую проводят в две стадии, на первой стадии ТБО подвергают аэробной и анаэробной переработке для получения биогаза, который поступает на выработку тепловой и электрической энергии. На второй стадии проводят термическое разложение, при котором непереработанная часть отходов проходит интенсивную просушку, а затем пиролиз, результатом которого является пирогаз, который после охлаждения и очистки поступает на выработку тепловой и электрической энергии. Полученный в результате пиролиза пирокарбонат используют в очистке фильтрата, который выделяется в процессе биоразложения. Другие обезвреженные в установке твердые фракции отходов после охлаждения отправляют на захоронение.

К общим недостаткам вышеупомянутого изобретения следует отнести высокую долю неперерабатываемого остатка – до 20% от исходной массы ТКО и отсутствие технических решений по очистке дымовых газов, образующихся в процессе сжигания пиролизных газов.

Известен автоматизированный энерготехнологический комплекс по глубокой переработке и утилизации несортированных твердых бытовых и промышленных отходов (Патент RU №2724171). Комплекс содержит, по крайней мере, одну вертикальную высокотемпературную шахтную печь, средства для подачи в ее верхнюю часть отходов с добавками извести, флюсов, твердого топлива, средства для подачи горячего воздуха (дутья) в нижнюю часть шахтной печи, средства для вывода из печи колошникового газа, жидкого шлака и металла для производства целевых продуктов, энергоустановку для выработки электроэнергии и средства для управления комплексом, автоматизированные линии для подготовки шихты, переработки шлака и металла, очистки уходящих газов, подготовки дутья и блок автоматического управления работой указанных линий и шахтной печи.

Основными недостатками известного комплекса являются низкая энергетическая эффективность, так как для подогрева воздуха, направляемого в печь, используются электрические подогреватели, а не сбросная тепловая энергия процесса и, усложнённая, требующая высоких капитальных затрат, система охлаждения печи, предполагающая использования жидкого металла.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрана линия глубокой переработки твердых коммунальных отходов (Патент RU №2768521), содержащая последовательно расположенные блок оборудования сортировки и блок оборудования термической обработки хвостов сортировки, отличающаяся тем, что блок термической обработки состоит из расположенных друг за другом узла подготовки хвостов для сжигания, состоящего из грохота и измельчителя, жаротрубного котла со встроенным циклонным предтопком и мокрым многоступенчатым абсорбером, выполненным с возможностью реагентной очистки дымовых газов.

К главным недостаткам вышеупомянутой линии глубокой переработки твердых коммунальных отходов следует отнести отсутствие решений по сушке хвостов сортировки ТКО перед их переработкой и, как следствие, высокая влажность хвостов сортировки, снижающая их теплотворную способность, а также отсутствие в схеме технических решений по выработке электрической энергии, хотя бы на собственные нужды.

Задачей настоящего изобретения является создание маневренного энерготехнологического комплекса (ЭТК) с глубокой переработкой хвостов сортировки ТКО, экологичного, с возможностью получения альтернативного топлива в комбинации с выработкой тепловой и электрической энергии, в том числе на собственные нужды.

Технический результат изобретения заключается в создании маневренного ЭТК по глубокой переработке хвостов сортировки ТКО, обеспечивающего получение альтернативного топлива в комбинации с выработкой тепловой и электрической энергии и образование минимального количества неперерабатываемого остатка (золы и шлака не более 10% от массы хвостов ТКО на входе в ЭТК), обладающего высокой эффективностью, экологичностью и надёжностью в различных эксплуатационных режимах за счёт включения в состав ЭТК оборудования для сушки перерабатываемых хвостов сортировки ТКО, оборудования для очистки сточных вод и дымовых газов, а также турбогенераторного, теплообменного и водоподготовительного оборудования.

Технический результат достигается тем, что энерготехнологический комплекс по переработке хвостов сортировки ТКО, содержащий блок оборудования термической обработки хвостов сортировки ТКО, отличающийся тем, что дополнительно включает блок тепло- и электрогенерации и блок очистки сточных вод, а блок оборудования термической обработки хвостов сортировки ТКО состоит из последовательно размещенных узла сушки предварительно измельченных хвостов сортировки ТКО, включающего барабанную сушилку и бункер сухих хвостов сортировки ТКО, реакторного узла, включающего шнековый питатель с приемочным лотком, установку термической утилизации (УТУ) хвостов сортировки ТКО, дизельную горелку для подогрева камеры газификации УТУ, камеру дожигания и устройство удаления золы, а также камеры смешения дымовых газов, выполненной с возможностью получения сушильного агента из смеси дымовых газов, отходящих из камеры дожигания, и атмосферного воздуха из окружающей среды и подачи его в барабанную сушилку, парогенераторного узла, включающего паровой котел, генерирующий пар для паровой турбины блока тепло- и электрогенерации за счет теплоты дымовых газов из камеры дожигания УТУ реакторного узла и сбрасывающий отработанные дымовые газы в камеру смешения дымовых газов реакторного узла, деаэратор, водоподготовительную установку, узла очистки дымовых газов, поступающих в составе парогазовой смеси из барабанной сушилки, включающего водяной скруббер, дымосос, дымовую трубу.

Кроме того, энерготехнологический комплекс по переработке хвостов сортировки ТКО снабжен блоком очистки сточных вод, содержащим бак грязной воды из скруббера узла очистки дымовых газов, реагентное хозяйство и флотатор для химической и механической очистки грязной воды, шламосборник шлама из флотатора, охладитель чистой воды для снижения ее температуры и повторного использования в скруббере узла очистки дымовых газов, бак чистой воды.

Кроме того, энерготехнологический комплекс по переработке хвостов сортировки ТКО снабжен блоком тепло- и электрогенерации, содержащим паровую турбину для привода электрогенератора, электрогенератор, конденсатор пара для преобразования отработавшего в паровой турбине пара в конденсат путем его охлаждения, градирню и тепловой пункт, отводящие теплоту конденсации пара из конденсатора охлаждающей водой.

На чертеже представлена технологическая схема ЭТК по переработке хвостов сортировки ТКО с получением тепловой, электрической энергии и альтернативного топлива.

Комплекс по переработке хвостов сортировки ТКО состоит из трех основных блоков: блока оборудования термической обработки хвостов сортировки ТКО (А), включающего узел сушки предварительно измельченных хвостов сортировки ТКО (а1), реакторный узел (а2), парогенераторный узел (а3) и узел очистки дымовых газов (а4); блока очистки сточных вод (Б); блока тепло- и электрогенерации (В).

Хвосты сортировки ТКО, после сортировочного комплекса, очищенные от органической фракции и вторичного сырья, таких как черные, цветные металлы, пластик, бумага, картон и стекло, там же прошедшие измельчение до размера не более 30 мм, подаются ленточным конвейером (на чертеже не обозначен) в барабанную сушилку 1 узла сушки предварительно измельченных хвостов сортировки ТКО (а1) блока оборудования термической обработки хвостов сортировки ТКО (А), где происходит испарение и удаление из них влаги. Далее измельченные и высушенные до влажности 20% хвосты сортировки ТКО ссыпаются в промежуточный бункер сухих хвостов сортировки ТКО 2, в котором формируется их некоторый запас и откуда они попадают в приемочный лоток (на чертеже не обозначен) шнекового питателя 3 реакторного узел (а2). Шнековым питателем 3 хвосты сортировки ТКО транспортируются в камеру газификации (на чертеже не обозначена) УТУ 4, где они подвергаются низкотемпературной газификации с недостатком окислителя (атмосферного воздуха), а полученный горючий газ воспламеняется и сжигается в камере дожигания (на чертеже не обозначена) УТУ 4. Теплота, необходимая для процесса газификации хвостов сортировки ТКО в УТУ 4 обеспечивается за счет лучистого теплообмена между камерами газификации и дожигания.

Для вывода УТУ 4 в автотермический режим работы, его камера газификации (на чертеже не обозначена) заранее прогревается с помощью дизельной горелки 5 до 600 °С. После прогрева камеры газификации УТУ 4, в неё шнековым питателем 3 осуществляется подача подсушенных хвостов сортировки ТКО. В камере газификации (на чертеже не обозначена) УТУ 4 хвосты сортировки ТКО прогреваются и при дальнейшем температурном воздействии, в присутствии ограниченного количества окислителя газифицируются в горючие газы. Далее горючие газы направляются в камеру дожигания (на чертеже не обозначена) УТУ 4, где, в присутствии дополнительного окислителя, в количестве необходимом для полного выгорания, догорают. После стабилизации процесса горения в камере дожигания (на чертеже не обозначена) УТУ 4, дизельная горелка 5 выключается. Неперерабатываемый остаток, в виде золы и шлака, удаляется из камеры газификации (на чертеже не обозначена) УТУ 4 с помощью устройства удаления золы 6.

Образовавшиеся в результате сгорания горючих газов дымовые газы с температурой 1250 °С из камеры дожигания (на чертеже не обозначена) УТУ 4 разделяются на два потока и направляются в паровой котел 7 парогенераторного узла (а3) и камеру смешения дымовых газов 8 узла сушки предварительно измельченных хвостов сортировки ТКО (а1), непосредственно перед которыми установлены задвижки (на чертеже не обозначены). В паровом котле 7 дымовые газы отдают тепловую энергию питательной воде с образованием насыщенного пара, остывая при этом до температуры 150-180 °С. В камере смешения дымовых газов 8 дымовые газы смешиваются с атмосферным воздухом, образуя сушильный агент для хвостов сортировки ТКО с температурой не более 200 °С. Далее сушильный агент направляется в барабанную сушилку 1, где выпаривает влагу из хвостов сортировки ТКО. Образующая парогазовая смесь с пылеобразным уносом, общей температурой не более 90 °С, направляется в водяной скруббер 9 узла очистки дымовых газов (а4). В водяном скруббере 9 при использовании водного раствора гашеной извести (Ca(OH)₂) или каустической соды (Na(OH)) удаляются пыль, хлор- и фторсодержащие соединения, а также оксиды серы. Очищенный сушильный агент с температурой не более 50 °С из водяного скруббера 9, с помощью дымососа 10, выбрасывается через дымовую трубу 11 в атмосферу, а сточная вода с температурой не более 45 °С попадает в бак грязной воды 12 блока очистки сточных вод (Б), откуда насосом грязной воды (на чертеже не обозначен) подаются в реагентное хозяйство 13 и флотатор 14. Шлам, содержащийся в сточных водах, из флотатора 14, удаляется в шламосборнике 15. Очищенные сточные воды, в необходимом количестве поступают в охладитель чистой воды 16, где её температура понижается до 25 °С. Далее, очищенная сточная вода поступает в бак чистой воды 17, где происходит её смешение с непрерывно подаваемой дозатором (на чертеже не обозначен) гашеной известью или каустической содой. Образовавшийся в баке чистой воды 17 раствор гашеной извести или каустической соды насосом очищенной воды (на чертеже не обозначен) подается в водяной скруббер 9, образуя таким образом через него замкнутый цикл движения водного раствора. Для поддержания необходимого количества водного раствора в цикле водяного скруббера 9 предусмотрены частичный сброс очищенной воды в канализацию при ее избытке и подпитка водопроводной водой в бак чистой воды 17 при ее недостатке.

Полученный в паровом котле 7 насыщенный пар через паровую гребенку (на чертеже не обозначен) подается в паровую турбину 18 блока тепло- и электрогенерации (В), приводящую в движение электрогенератор 19. Выработанная электрическая энергия используется на собственные нужды ЭТК или перерабатывающего предприятия, где установлен ЭТК. После срабатывания в паровой турбине 18 пар сбрасывается в конденсатор пара 20, где конденсируется. Образовавшийся конденсат перекачивается конденсационным насосом (на чертеже не обозначен) в деаэратор 21, где подогревается до температуры насыщения и очищается от коррозионноагресивных газов, кислорода и свободной углекислоты. Очищенный и подогретый конденсат, он же далее питательная вода, питательным насосом (на чертеже не обозначен) подается в паровой котел 7.

С целью компенсации потерь питательной воды парового котла 7, водоподготовительная установка (ВПУ) 22, включающая осветительный и катионитный фильтры (на чертеже не обозначены), через деаэратор 21, подпитывает пароводяной контур обессоленной водой. Для осуществления процесса конденсации пара в конденсаторе пара 20 и охлаждения очищенных сточных вод в охладителе воды 16 через указанные теплообменники сетевыми насосами (на чертеже не обозначены) прокачивается охлаждающая вода. В теплое время года, теплота, забираемая охлаждающей водой в конденсаторе пара 20 и охладителе воды 16, сбрасывается через градирню 23 в окружающую среду, а в холодное время года полезно используется в системе отопления и горячего водоснабжения, через тепловой пункт 24.

Процесс переработки хвостов на ЭТК является достаточно гибким, его маневренность обеспечивается возможностью перераспределения потоков дымовых газов после УТУ 4, что позволяет ЭТК функционировать в четырех режимах:

1) При низкой влажности хвостов сортировки ТКО (менее 50%) на входе в ЭТК теплоты на их сушку требуется меньше, поэтому поток дымовых газов из УТУ 4 в барабанную сушилку 1 уменьшается задвижкой (на чертеже не обозначена), установленной перед камерой смешения дымовых газов 8. В этом случае, при неизменной производительности УТУ 4, количество теплоты, вносимое потоком дымовых газов в паровой котел 7, увеличивается, что сказывается на его паропроизводительности и, как следствие, повышении выработки электрической и тепловой энергии.

2) При высокой влажности хвостов сортировки ТКО (более 50%) на входе в ЭТК теплоты на их сушку требуется больше, поэтому поток дымовых газов из УТУ 4 в барабанную сушилку 1 увеличивается путем прикрывания задвижки (на чертеже не обозначена), установленной перед паровым котлом 7. В этом случае, при неизменной производительности УТУ 4, количество теплоты, вносимое потоком дымовых газов в паровой котел 7, уменьшается, что сказывается на его паропроизводительности и, как следствие, уменьшении выработки электрической и тепловой энергии.

3) В теплое время года, при снижении потребности в тепловой и электрической энергии, за счет перераспределения потока дымовых газов после УТУ 4 и подачи их большей части в камеру смешения дымовых газов 8 обеспечивается увеличение производительности узла сушки предварительно измельченных хвостов сортировки ТКО (а1) и, как следствие, получение подсушенных хвостов сортировки ТКО не только для использования на нужды ЭТК, но и продажи в качестве альтернативного топлива.

4) В холодное время года возросший спрос потребителя на тепловую энергию для нужд отопления обеспечивается посредством байпасирования части пара из паровой гребенки в обход паровой турбины 18 в конденсатор пара 20, где пар при конденсации отдает большее количество теплоты охлаждающей воде (теплоносителю) теплового пункта 24.

Изобретение относится к мусороперерабатывающей отрасли, в частности к утилизации твердых коммунальных отходов (ТКО), и применяется при утилизации хвостов после сортировки. Комплекс по переработке хвостов сортировки твердых коммунальных отходов (ТКО) содержит блок оборудования термической обработки хвостов сортировки ТКО, блок тепло- и электрогенерации и блок очистки сточных вод. Блок оборудования термической обработки хвостов сортировки ТКО состоит из последовательно размещенных узлов. Узел сушки предварительно измельченных хвостов сортировки ТКО включает барабанную сушилку и бункер сухих хвостов сортировки ТКО. Реакторный узел включает шнековый питатель с приемочным лотком, установку термической утилизации хвостов сортировки ТКО, дизельную горелку для подогрева камеры газификации установки термической утилизации, камеру дожигания и устройство удаления золы. Камера смешения дымовых газов выполнена с возможностью получения сушильного агента из смеси дымовых газов, отходящих из камеры дожигания, и атмосферного воздуха из окружающей среды и подачи его в барабанную сушилку. Парогенераторный узел включает паровой котел, генерирующий пар для паровой турбины блока тепло- и электрогенерации за счет теплоты дымовых газов из камеры дожигания установки термической утилизации хвостов сортировки ТКО реакторного узла и сбрасывающий отработанные дымовые газы в камеру смешения дымовых газов реакторного узла, деаэратор, водоподготовительную установку. Узел очистки дымовых газов, поступающих в составе парогазовой смеси из барабанной сушилки, включает водяной скруббер, дымосос, дымовую трубу. Техническим результатом является обеспечение эффективной и надежной выработки тепловой и электрической энергии с образованием золы и шлака не более 10% от массы хвостов ТКО на входе в ЭТК. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комплекс по переработке хвостов сортировки твердых коммунальных отходов (ТКО), содержащий блок оборудования термической обработки хвостов сортировки ТКО, отличающийся тем, что дополнительно включает блок тепло- и электрогенерации и блок очистки сточных вод, а блок оборудования термической обработки хвостов сортировки ТКО состоит из последовательно размещенных узла сушки предварительно измельченных хвостов сортировки ТКО, включающего барабанную сушилку и бункер сухих хвостов сортировки ТКО, реакторного узла, включающего шнековый питатель с приемочным лотком, установку термической утилизации хвостов сортировки ТКО, дизельную горелку для подогрева камеры газификации установки термической утилизации, камеру дожигания и устройство удаления золы, а также камеры смешения дымовых газов, выполненной с возможностью получения сушильного агента из смеси дымовых газов, отходящих из камеры дожигания, и атмосферного воздуха из окружающей среды и подачи его в барабанную сушилку, парогенераторного узла, включающего паровой котел, генерирующий пар для паровой турбины блока тепло- и электрогенерации за счет теплоты дымовых газов из камеры дожигания установки термической утилизации хвостов сортировки ТКО реакторного узла и сбрасывающий отработанные дымовые газы в камеру смешения дымовых газов реакторного узла, деаэратор, водоподготовительную установку, узла очистки дымовых газов, поступающих в составе парогазовой смеси из барабанной сушилки, включающего водяной скруббер, дымосос, дымовую трубу.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что блок очистки сточных вод содержит бак грязной воды из скруббера узла очистки дымовых газов, реагентное хозяйство и флотатор для химической и механической очистки грязной воды, шламосборник шлама из флотатора, охладитель чистой воды для снижения ее температуры и повторного использования в скруббере узла очистки дымовых газов, бак чистой воды.

3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что блок тепло- и электрогенерации содержит паровую турбину для привода электрогенератора, электрогенератор, конденсатор пара для преобразования отработавшего в паровой турбине пара в конденсат путем его охлаждения, градирню и тепловой пункт, отводящие теплоту конденсации пара из конденсатора охлаждающей водой.