УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к технологии переработки органических промышленных и бытовых отходов, в частности, к устройствам для переработки органических отходов, и может быть использована в жилищно-коммунальном хозяйстве для утилизации отходов, топливно-энергетическом комплексе, промышленности органического синтеза, а также в резинотехнической промышленности.
Известно устройство для переработки органических отходов, содержащее реактор термолиза в виде камеры с газоходами для подачи и вывода парогазовой смеси, парогенератор, теплообменник для перегрева пара, образующегося в парогенераторе, топку для обогрева теплообменника, вентилятор для циркуляции парогазовой смеси через реактор и теплообменник, конденсатор и сепаратор, последовательно подключенные к газоходу для вывода парогазовой смеси из реактора, а также две камеры загрузки/выгрузки с контейнерами на тележках, расположенные с двух противоположных сторон реактора и соединенные с ним шлюзовыми затворами, причем каждый контейнер содержит в нижней части камеру с беспровальной решеткой и патрубком подвода парогазовой смеси, а также механизм поворота вокруг продольной оси, а каждая камера загрузки/выгрузки в донной части своим выходом подключена к ленточному транспортеру, к которому последовательно подключены измельчитель и магнитный сепаратор (см. международную заявку WO 2008/030137, Кл. В29В 17/00, опубл. 13.03.08).
Недостаток данного устройства - использование в качестве теплоносителя парогазовой смеси, что приводит к достаточно большому расходу теплоносителя, большим выбросам в окружающую среду вредных соединений, которые содержатся в продуктах сгорания топлива, используемого для обогрева реактора и перегрева больших количеств водяного пара, низкому качеству продуктов переработки из-за наличия в твердой фазе золы и в жидкой фазе непредельных соединений, а также значительного количества воды.
Технический результат предложенного устройства - повышение качества продуктов переработки.
В устройстве для переработки органических отходов, содержащем реактор в виде камеры с расположенными в ней теплообменником и вентилятором и сообщенный с парогенератором, конденсатором и топкой, накопитель отходов, две камеры с шлюзовыми затворами, расположенные с противоположных сторон реактора, два контейнера, выполненные с возможностью перемещения в реактор и из него, два ленточных транспортера, подключенные последовательно к мельнице и магнитному сепаратору, согласно полезной модели, каждый контейнер выполнен с перфорированным дном и имеет возможность перемещения сначала в соответствующую камеру, а затем в реактор через шлюзовые затворы соответствующей камеры при помощи устройства для перемещения, при этом дополнительно содержит второй накопитель отходов, два бункера для твердых отходов, каждый сообщенный с одним контейнером и подсоединенный к одному из ленточных транспортеров, газоход для вывода из контейнера воздуха, выходом расположенный в реакторе, а по входу имеет возможность герметичного подключения к верхней части контейнера при его размещении в реакторе, вентилятор размещен в верхней части реактора, теплообменник выполнен в виде двойных боковых стенок реактора и подключен к топке, а в качестве теплоносителя используют газообразную смесь продуктов сгорания, поступающих в теплообменник, и воздух в реакторе.
Для упрощения перемещения контейнеров в соответствующую камеру и реактор устройство перемещения контейнера выполнено в виде рельсового пути, связанного с транспортером.
На фиг.1 схематично изображено устройство для переработки органических отходов;
На фиг.2 - реактор в увеличенном масштабе с установленным в нем контейнером.
Устройство для переработки органических отходов содержит один накопитель 1 с весовым дозатором 2, подключенным к бункеру - смесителю 3, снабженному мешалкой 4, второй накопитель 5 с весовым дозатором 6, транспортер 7 для загрузки контейнера 8, выполненного с перфорированным дном 9, транспортер 10 для загрузки контейнера 11, выполненного с перфорированным дном 12.
Устройство также содержит две камеры: первую камеру 13 со шлюзовым затвором 14 и шлюзовым затвором 15, имеющим клапан 16, и вторую камеру 17 с шлюзовым затвором 18 с клапаном 19 и шлюзовым затвором 20. Шлюзовой затвор 14 открывается/закрывается с помощью двигателя 21, шлюзовой затвор 15 закрывается открывается/закрывается с помощью двигателя 22. Шлюзовой затвор 18 открывается/закрывается с помощью двигателя 23, шлюзовой затвор 20 закрывается открывается/закрывается с помощью двигателя 24.
При помощи транспортера 25 по рельсам 26 контейнер 8 имеет возможность перемещения в (из) первую камеру 13. Шлюзовой затвор 14 с примыкающими к нему рельсами 26 представляют собой модуль загрузки/выгрузки первой камеры 13. При помощи транспортера 27 по рельсам 28 контейнер 11 имеет возможность перемещения в (из) вторую камеру 17.
В первой камере 13 расположены форсунки 29. Температуру охлаждения первой камеры 13 контролируют по показаниям датчика температуры 30. Во второй камере 17 расположены форсунки 31. Температуру охлаждения второй камеры 17 контролируют по показаниям датчика температуры 32.
Реактор 33 термолиза устройства выполнен в виде камеры. В верхней части реактора 33 расположен вентилятор 34. Теплообменник 35 выполнен в виде двойных боковых стенок реактора 33. Газоход 36 для вывода из контейнера воздуха имеет выход 37, расположенный в реакторе 33; по входу газоход 36 имеет возможность герметичного подключения к верхней части контейнера 8 или 11 при его размещении в реакторе 33.
В реакторе расположены датчик 38 для контроля температуры нагрева теплоносителя, датчик 39 давления, датчик 40 для контроля объемного расхода теплоносителя. При помощи датчика 41 температуры контролируют нагрев боковых стенок реактора.
Жидкое топливо хранится в емкости 42, которая сообщена с топкой 43. В парогенератор 44 из теплообменника 35 поступают продукты сгорания. С помощью дымососа 45 продукты сгорания выводят в дымовую трубу 46. Через кран 47 подают в топку 43 неконденсирующийся газ. Через кран - расходомер 48 в пароперегреватель 49 с заданным расходом подают водяной пар из парогенератора 44. Пароперегреватель 49 сообщен через кран 50 с емкостью 42. Температуру перегрева пара контролируют по показаниям датчика температуры 51.
Реактор 33 гидравлически сообщен с конденсатором 52 через кран 53. В конденсаторе 52 газообразную фазу охлаждают путем теплообмена с циркулирующей через конденсатор 52 водой, которую в свою очередь охлаждают в воздушном теплообменнике 54 путем прокачки воздуха через теплообменник 54 с помощью вентилятора 55.
Температуру охлаждения газообразной фазы, находящейся в конденсаторе 52, контролируют по показаниям датчика температуры 56.
Из емкости с водой 57 через кран 58 с помощью насоса 59 в форсунки 29 и 31 подают воду.
Бункер выгрузки 60 связан с ленточным транспортером 61 и расположен под перфорированным дном 9 контейнера 8. Бункер выгрузки 62 связан с ленточным транспортером 63 и расположен под перфорированным дном 12 контейнера 11.
С помощь ленточных транспортеров 61 и 63 твердую фазу подают в мельницу 64, связанную с магнитным сепаратором 65. Накопитель 66 предназначен для металла, а накопитель 67 - для углеродистого остатка.
Жидкую фазу подают в сепаратор 68. Воду через кран 69, подключенный к емкости 57, подают в эту емкость, выполненную с фильтром.
В накопитель 70 через кран 71 подают жидкую фазу.
Устройство работает следующим образом.
Из накопителя 1 через весовой дозатор (весы) 2 в бункер-смеситель 3 в заданном количестве подают измельченные, например, до размеров 50-300 мм изношенные шины, а из накопителя 5 через весовой дозатор 6 в бункер-смеситель 3 в заданном количестве подают отсортированные (удалены металл, стекло, камни) бытовые отходы, которые содержат пластмассу, древесину, текстиль, кожу, бумагу. В бункере-смесителе 3 с помощью мешалки 4 отходы перемешивают до равномерного распределения компонентов (резина, пластмассы, древесина, текстиль, кожа, бумага) в образующейся смеси. Далее полученную смесь с помощью транспортера 7 загружают в контейнер 8 до полного заполнения контейнера, что контролируют визуально. С помощью двигателя 21 открывают путем смещения в сторону шлюзовой затвор 14 камеры 13, включают транспортер 25 и контейнер 8 по рельсам 26 подают в первую камеру 13 и устанавливают его там. После этого шлюзовой затвор 14 закрывают и таким образом камеру 13 герметизируют. С помощью двигателя 22 открывают путем смещения в сторону шлюзовой затвор 15 и транспортером контейнер 8 с отходами из камеры 13 перемещают в реактор 33 термолиза и устанавливают его там. Затем затвор 15 закрывают, в результате чего реактор 33 герметизируется.
Контейнер 8 с отходами устанавливают таким образом, что газоход 36 своим входом герметично подключается к верхней части контейнера 8 (контейнер при перемещении въезжает под газоход 36 и стыкуется верхней частью (по периметру ее) с газоходом).
Из емкости 42 в топку 43 с заданным расходом подают жидкое топливо и сжигают, а продукты сгорания подают в теплообменник 35 реактора 33. Проходя через теплообменник 35, продукты сгорания топлива нагревают боковые стенки реактора 17 до температуры 750-1150°С, что контролируют по показаниям датчика 41 температуры, нагрев стенок регулируют путем изменения количества сжигаемого в топке 43 топлива, в результате чего регулируется количество продуктов сгорания, подаваемых в теплообменник 35.
Из теплообменника 35 продукты сгорания подают в топку парогенератора 44 по трубопроводу. С помощью дымососа 45 продукты сгорания выводят в дымовую трубу 46. Это позволяет использовать теплоту продуктов сгорания топлива для получения водяного пара и одновременно снизить их температуру до 150-200°С перед выбросом в дымовую трубу, чтобы исключить выброс тепла в окружающую среду, т.е. повысить эффективность использования топлива.
Одновременно с подачей продуктов сгорания в теплообменник 35 включают вентилятор 34 и создают циркуляционный поток воздушной среды в реакторе 33. Воздух, который присутствует в реакторе 33 на начальном этапе переработки отходов, под действием вентилятора 34 через перфорированное дно 9 контейнера 8 затягивается в контейнер 8, проходит через слой отходов, выбрасывается через выход газохода 36 в верхнюю часть реактора 33, протекает в пространстве между стенками контейнера 8 и стенками реактора 33 и вновь поступает через перфорированное дно 9 в контейнер 8.
Проходя в пространстве между стенками контейнера 8 и реактора 33, воздух интенсифицирует конвективную передачу (в результате образования турбулентного потока) от нагретых стенок теплообменника 35 к стенкам контейнера 8.
Одновременно воздух в результате теплообмена со стенками теплообменника 35 нагревается до температуры 750-1150°С и переносит тепло от теплообменника непосредственно к отходам в контейнере 8, в результате чего отходы нагреваются и при достижении некоторой температуры (для каждого вида отходов это определенная температура) начинают претерпевать термическое разложение с выделением газообразной фазы. Температуру нагрева теплоносителя в виде газообразной смеси, состоящей из продуктов сгорания, поступающих в теплообменник, и воздуха в реакторе, контролируют по показаниям датчика 38 температуры (она соответствует температуре в реакторе), а регулируют путем изменения оборотов вентилятора 34, в результате чего изменяется скорость циркуляции теплоносителя, а это приводит к тому, что изменяется время контакта теплоносителя с нагретыми стенками теплообменника 35. При увеличении времени контакта (снижении скорости циркуляции) температура теплоносителя повышается, а при снижении времени контакта (увеличении скорости циркуляции) температура теплоносителя снижается.
В процессе нагрева отходов кислород воздуха расходуется на окисление органических веществ с образованием оксида и диоксида углерода, водяного пара. Поскольку количество воздуха в реакторе незначительное в сравнении с тем количеством, которое необходимо для полного окисления всей массы отходов в контейнере 8 (реактор герметизирован), то процесса горения в реакторе не возникает. В результате окисления части отходов выделяется дополнительное к подводимому с воздухом тепло, и процесс нагрева отходов ускоряется (начинает резко возрастать температура), что приводит к интенсификации термического разложения отходов и росту давления в реакторе 33. При этом температуру в реакторе 35 контролируют по показаниям датчика температуры 41, а давление - по показаниям датчика давления 39.
При нагреве отходов до температуры 400°С начинается интенсивное термическое разложение их с образованием газообразной фазы и твердой фазы (твердых продуктов), что приводит к росту давления в реакторе 33. Для поддержания давления в реакторе 33 в пределах 0,1-1,0 МПа открывают кран 54, и часть газовой фазы выводят из реактора 33 в конденсатор 52 по трубопроводу.
В конденсаторе 52 газообразную фазу охлаждают до температуры ниже 100°С путем теплообмена с циркулирующей через конденсатор 52 водой, которую в свою очередь охлаждают в воздушном теплообменнике 54 путем прокачки воздуха через теплообменник 54 с помощью вентилятора 55. Температуру охлаждения газообразной фазы контролируют по показаниям датчика температуры 56.
В конденсаторе 52 в результате охлаждения газообразной фазы образуется жидкая фаза и неконденсирующийся газ. Жидкую фазу подают в сепаратор 68, отделяют воду, которую через кран 69 подают в емкость 57 с фильтром, а жидкую фазу через кран 71 подают в накопитель 70.
Неконденсирующийся газ через кран 47 подают в топку 43 и при этом снижают расход топлива, подаваемого из емкости 42 в топку 43. Сжигание неконденсирующихся газов позволяет снизить расход топлива, т.е. использовать энергию самих отходов для их термической переработки.
Для предотвращения вторичных реакций между компонентами в газообразную фазу, циркулирующую в реакторе 33, подают водяной пар и устанавливают массовое соотношение водяного пара и газообразной фазы, например, в пределах 1:(6,0-20,0). Для этого от парогенератора 44 через кран - расходомер 48 в пароперегреватель 49 с заданным расходом подают водяной пар. Пар перегревают, например, до температуры 750-1150°С путем сжигания топлива в пароперегревателе 49, которое через кран 51 подают из емкости 42. Температуру перегрева пара контролируют по показаниям датчика температуры 51. Массовое содержание водяного пара и газообразной фазы контролируют по показаниям датчика 40.
Поскольку тепло, необходимое для термической переработки органических отходов, в контейнер 8 с отходами подводится с теплоносителем, то для повышения эффективности процесса переработки необходимо подводить оптимальное количество тепла, т.е. расход теплоносителя должен быть оптимальным (минимально возможным).
Циркуляционный поток теплоносителя в реакторе 33 устанавливают таким, чтобы его скорость в контейнере с отходами была, например, в пределах 2-15 м/с. Объемный расход теплоносителя поддерживают путем регулирования оборотов вентилятора 34 и контролируют по показаниям датчика расхода 40.
При термическом разложении органических отходов количество выделяющейся газообразной фазы возрастает во времени, достигает своего максимума и затем начинает снижаться. Момент полного прекращения выделения газообразной фазы соответствует моменту завершения процесса разложения отходов. Этот момент определяется следующим образом. Так как давление в реакторе 33 регулируют путем вывода части газообразной фазы из реактора через кран 53 в конденсатор 52, то с ростом количества выделяющейся газообразной фазы для поддержания давления в реакторе 33 открытие крана увеличивают до максимальной величины, а затем постепенно закрывают при падении количества выделяющейся газообразной фазы. Таким образом, момент полного закрытия крана 53 будет соответствовать моменту прекращения выхода газообразной фазы, т.е. моменту завершения процесса разложения отходов.
После завершения процесса термического разложения органических отходов открывают кран 53 и снижают давление в реакторе 33 до атмосферного путем вывода остаточной газообразной фазы из реактора 33 в конденсатор 52, а затем с помощью двигателя 22 открывают шлюзовой затвор 15 и транспортером контейнер 8 перемещают из реактора 33 в первую камеру 13, после чего затвор 15 закрывают.
Из емкости с водой 57 через кран 58 с помощью насоса 59 в форсунки 29 подают воду и распыляют ее над контейнером 8. Вода попадает в контейнер, орошает твердую фазу (твердые продукты), нагревается и испаряется, в результате чего контейнер и твердая фаза охлаждаются.
Образующийся водяной пара через клапан 16 из первой камеры 13 выходит в реактор 35 и затем поступает в конденсатор 52, где конденсируется.
Температуру охлаждения контейнера 8 и твердой фазы контролируют по показаниям датчика температуры 32 и при достижении температуры равной 100-140°С распыление воды прекращают.
С помощью двигателя 21 открывают шлюзовой затвор 14 камеры 11, включают транспортер 25 и контейнер 8 по рельсам 26 выводят из камеры 13 и устанавливают его над бункером выгрузки 60. Поворачивают контейнер 8, и через перфорированное дно 9 твердая фаза под действием собственного веса вываливается в бункер выгрузки 60. После выгрузки твердой фазы контейнер 8 возвращают в исходное положение, и в контейнер 8 загружают отходы.
С помощь ленточного транспортера 61 твердую фазу подают в мельницу 64, где ее размалывают, после чего подают в магнитный сепаратор 65 и отделяют металл от углеродистого остатка. Металл подают в накопитель 66, а углеродистый остаток подают в накопитель 67.
После загрузки контейнера 8 из бункера - смесителя 3 с помощью транспортера 10 загружают второй контейнер 11 до полного заполнения контейнера, а после вывода контейнера 8 из реактора 33 с помощью двигателя 24 открывают шлюзовой затвор 20 камеры 17, включают транспортер 27 и контейнер 11 по рельсам 28 подают во вторую камеру 17 и устанавливают его там. После этого шлюзовой затвор 20 закрывают. С помощью двигателя 23 открывают шлюзовой затвор 18 и транспортером 27 контейнер 11 с отходами из камеры 17 перемещают в реактор 33 и устанавливают его там. Затем затвор 18 закрывают.
Контейнер 11 с отходами устанавливают таким образом, что газоход 36 своим входом герметично подключается к верхней части контейнера 11 (контейнер при перемещении въезжает под газоход 36 и стыкуется верхней частью (по периметру ее) с газоходом.
Далее переработку отходов в контейнере 11 осуществляют аналогично переработке в контейнере 8. При этом для охлаждения контейнера 11 с твердой фазой подачу воды из емкости 57 в форсунки 31 осуществляют через кран 58 с помощью насоса 59. Образующийся водяной пар из камеры 17 через клапан 19 выходит в реактор 33, а температуру охлаждения камеры 17 контролируют по показаниям датчика температуры 32. Выгрузку твердой фазы из контейнера 11 в бункер выгрузки 62 осуществляют через перфорированное дно 12, а подачу твердой фазы в мельницу 64 осуществляют с помощью ленточного транспортера 63.