Когенерационная установка
COGENERATION PLANT

Изобретение относится к оборудованию комбинированной термической переработки твердых отходов органического происхождения с получением тепловой и электрической энергии, включающее процессы сжигания, пиролиза и газификации. Изобретение также пригодно для переработки отходов деревообрабатывающей промышленности.
Известна установка для термической переработки твердых отходов, включающая камерную печь, состоящую из камеры сжигания с бункером для загрузки отходов и выходом для удаления золы, камеру дожигания, теплообменник, систему очистки состоящую из скруббера и блока фильтрации, см. RU патент № 2137044, МПК6 F23G 5/14, 1999.
Недостатком данной установки, является то, что она не может работать при высоких температурах и в результате не позволяет перерабатывать твердые отходы, содержащие полимерные материалы. Вышеуказанный недостаток обусловлен тем, что при высоких температурах 800-900°С, скруббер не позволяет осуществить поглощение пыли и газообразных токсичных компонентов, а эффективность очистки отходящих газов в блоке фильтрации также снижается.
Известна установка для термической переработки твердых отходов, включающая камерную печь, состоящую из камеры сжигания с бункером для загрузки отходов и выходом для удаления золы, камеру дожигания, циклонную камеру, сообщенную газоходом с теплообменником, систему очистки отходящих газов, состоящую из последовательно соединенных скруббера, выполненного в виде трубы Вентури, приемной ванны, насадочного абсорбера, сепаратора и дымососа, см. RU патент № 2232348, МПК7 F23G 5/14, 2002.
Недостатком данной установки является то, что она позволяет перерабатывать отходы только методом сжигания, а сжигание отходов, содержащих резину, пластмассы, смолы и другие органические включения, сопровождается выделением копоти и токсичных газовых выбросов.
Известна установка пиролиза биомассы с системой получения энергии, включающая камерную печь, камеру газификации, циклон, паровой котел, паровую турбину и электрогенератор, см. EP патент № 2985528, МПК F23G 5/027 (2006.01), F01K 27/00 (2006.01), C10B 53/02 (2006.01), 2014.
Недостатком данной установки является то, что она не позволяет перерабатывать органические отходы различного происхождения, а только растительную биомассу.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является установка для термической переработки твердых отходов, включающая камерную печь, состоящую из камеры сжигания с бункером для загрузки отходов и выходом для удаления золы, камеру дожигания, снабженную перфорированными трубками подачи кислорода, две циклонные камеры расположенные рядом друг с другом, при этом в обеих циклонных камерах соосно размещены съемные камеры пиролиза, каждая из которых имеет канал подачи образовавшегося пиролизного газа в камеру дожигания, а в верхней части циклонные камеры имеют тангенциальный ввод отходящих газов камеры дожигания равномерно омывающих съемные камеры пиролиза и систему очистки отходящих газов, состоящую из последовательно соединенных скруббера, выполненного в виде трубы Вентури, приемной ванны, насадочного абсорбера, сепаратора и дымососа, см. RU патент № 2400671, МПК F23G 5/027 (2006.01), F23G 5/14 (2006.01), F23G 15/00 (2006.01), 2010.
Недостатком данной установки является то, что после переработки остается значительно количество золы и углеродного остатка из камер пиролиза, который не имеет товарной ценности, вследствие неоднородности и загрязненности и требует последующей утилизации.
Задачей изобретения является создание установки, позволяющей перерабатывать твердые отходы, содержащие различные органические материалы, образующие при сжигании токсичные выбросы, уменьшить образование золы и получить вторичный продукт в виде горючего газа для выработки тепловой и электрической энергии.
Техническая задача решается тем, что когенерационная установка, включающая камерную печь, состоящую из камеры сжигания с бункером для загрузки отходов и выходом для удаления золы, камеру дожигания, снабженную перфорированными трубками подачи кислорода, две циклонные камеры расположенные рядом друг с другом, при этом в обеих циклонных камерах соосно размещены съемные камеры пиролиза, каждая из которых имеет канал подачи образовавшегося пиролизного газа в камеру дожигания, а в верхней части циклонные камеры имеют тангенциальный ввод отходящих газов камеры дожигания равномерно омывающих съемные камеры пиролиза и систему очистки отходящих газов, состоящую из последовательно соединенных скруббера, выполненного в виде трубы Вентури, приемной ванны, насадочного абсорбера, сепаратора и дымососа, согласно изобретению имеет в обеих циклонных камерах стационарно установленные камеры пиролиза-газификации, каждая из которых в свою очередь имеет: загрузочную камеру с запорным механизмом; коническую вставку; технологический канал подачи окислителя; колосник; канал отвода образующихся горючих газов с системой затворов с возможностью подачи, как в камеру дожигания, так и потребителю; общий канал отвода золы со шнековым транспортером и бункером для сбора золы.
Решение технической задачи позволяет перерабатывать твердые отходы, содержащие различные органические материалы, образующие при сжигании токсичные выбросы с уменьшением образования золы и получить вторичный продукт в виде горючего газа.
Когенерационная установка представлена на фиг.1.
Когенерационная установка, включает камерную печь 1, состоящую из камеры сжигания 2 с бункером для загрузки отходов 3 и выходом для удаления золы 4; камеру дожигания отходящих газов 5; циклонные камеры 6 и 7, с соосно установленными в них камерами пиролиза-газификации 8 и 9, представленные на фиг.2; теплообменник 10; систему очистки отходящих газов, состоящую из последовательно соединенных скруббера 11, приемной ванны 12, насадочного абсорбера 13, сепаратора 14 и дымососа 15, причем скруббер 11 выполнен в виде трубы Вентури.
Когенерационная установка работает следующим образом. Предварительно сортированные отходы, не образующие при сжигании токсичных выбросов, загружают в бункер для загрузки отходов 3, а отходы, содержащие вещества, приводящие к образованию токсичных выбросов при сжигании, загружают в камеры пиролиза-газификации 8 и 9, каждая из которых представляет собой цилиндрическую обечайку 16 с установленной внутри нее стальной конической вставкой 17 и имеет технологический канал подачи окислителя 18 (воздух или кислород) для создания в заданной области камер пиролиза-газификации 8 и 9 окислительных процессов с выделением тепла и как следствие повышением температуры с 800°С до 1100°С. При этом количество подаваемого окислителя ограничено стехиометрическим коэффициентом избытка окислителя – не более 0,4.
Коническая вставка 17 служит для концентрации и удержания указанной температуры в заданной зоне камер пиролиза-газификации 8 и 9, и установлена таким образом, что верхний край конической вставки 17 расположен ниже уровня (оси) канала подачи окислителя 18 на значение равное D/10, где D - внутренний диаметр камеры пиролиза-газификации 8 или 9.
Загрузка камер пиролиза-газификации 8 и 9 осуществляется через загрузочные камеры 19 и 20 с запорными механизмами 21 и 22, выполненных в герметичном взрывобезопасном исполнении, согласно требованиям существующих нормативно технических документов Российской Федерации.
Для правильного функционирования камер пиролиза-газификации 8 и 9, они стационарно установлены в циклонные камеры 6 и 7 соответственно, которые имеют в верхней части тангенциальный ввод топочных газов и спиралевидные вставки 23 и 24, служащие для равномерного омывания камер пиролиза-газификации 8 и 9 топочными газами. Каждая из камер пиролиза-газификации 8 и 9, в нижней части имеет канал отвода образующихся горючих газов и золы с колосником 25, предназначенный для удержания слоя загруженных отходов и их шуровки во время эксплуатации камер пиролиза-газификации 8 и 9. Образующиеся горючие газы и зола отводятся через каналы 26 и 27 соответственно, при этом канал 27 для отвода золы является общими для обеих камер пиролиза-газификации 8 и 9. Горючие газы по каналу 26 в зависимости от потребности могут отводиться в виде конечного продукта до потребителя или подаваться в камеру дожигания отходящих газов 5. Регулировка подачи горючих газов в камеру дожигания отходящих газов 5 осуществляется системой затворов 28. Зола по каналу 27 отводится при помощи шнекового транспортера 29 с электроприводом 30 в бункер для сбора золы 31, имеющий технологический люк 32 для периодической очистки.
Во время работы установки, циклонные камеры 6 и 7, с установленными в них камерами пиролиза-газификации 8 и 9 способны работать как поочередно так и одновременно. Процесс, включения и отключения циклонных камер 6 и 7 осуществляется задвижками 33 и 34.
Отходы из бункера 3 направляют в камеру сжигания 2, в которой установлена колосниковая решетка 35, состоящая из наклонной и горизонтальной частей. Сжигание отходов осуществляют на горизонтальной части колосниковой решетки 35. Подвод необходимого для горения кислорода и удаление золы осуществляют через выход 4 в нижней части камеры сжигания 2.
Топочные газы, образовавшиеся в камере сжигания 2 через газоход 36 поступают в камеру дожигания 5. В результате дожигания отходящих газов в среде кислорода, подаваемого через перфорированные трубки 37, температура топочных газов повышается с 900°С до 1400°С.
Из камеры дожигания 5 нагретые топочные газы поступают в циклонные камеры 6 и 7, где они нагревают камеры пиролиза-газификации 8 и 9.
После циклонных камер 6 и 7, топочные газы через газоход 38 подают в теплообменник 10, выполненный в виде трех блоков, работающих в режиме противотока, где происходит охлаждение топочных газов до требуемой температуры с одновременной утилизацией тепла. Используемый теплоноситель, нагретый в зависимости от потребности предприятия до необходимых температур, используют для технических и бытовых нужд. Охлажденные топочные газы из теплообменника 10 через газоход 39 подают в скруббер Вентури 11, который содержит корпус 40 с помещенной в него трубной вставкой, диффузор 41 и форсунки 42, расположенные по оси в верхней части каждой из труб и в диффузоре 41.
Рабочая жидкость равномерно распыляется в диффузоре 41, вступая во взаимодействие с топочными газами. После чего, рабочая жидкость стекает в приемную ванну 12, которая представляет собой прямоугольную емкость с наклонным дном, и имеет расположенную в нижней части патрубок 43, предназначенный для периодического удаления шлама.
Далее топочные газы из скруббера Вентури 11, через приемную ванну 12, подают в насадочный абсорбер 13, расположенный вертикально над приемной ванной 12 и снабженный слоем насадок 44, над которыми расположены форсунки 45, служащие для подачи диспергированного абсорбента.
Скруббер Вентури 11, приемная ванна 12 и насадочный абсорбер 13 снабжены общей линией циркуляции абсорбента, которая включает в себя форсунки 42 и 45, насос 46, вентили 47. Линия циркуляции абсорбента и приемная ванна 12 соединены через сливной патрубок 48.
Насадочный абсорбер 13 в верхней части соединен с сепаратором 14, обеспечивающим отделение влаги абсорбента от газовой фазы.
После сепаратора 14, очищенные и охлажденные до 20-25°С газы, через отводной патрубок 49, подают в дымосос 15 и удаляют в атмосферу. Выбрасываемые в атмосферу очищенные газы, имеют концентрации вредных веществ в пределах или ниже ПДК.
Совокупность признаков заявляемого объекта позволяет перерабатывать твердые отходы, содержащие различные органические материалы, образующие при сжигании токсичные выбросы, а применение камер пиролиза-газификации позволяет не только уменьшить образование отходов переработки в виде золы, но и способствует существенному сокращению вредных выбросов в атмосферу ниже ПДК, а также позволяет получить ценный вторичный продукт в виде горючего газа, который возможно использовать в теплоэнергетике для получения тепловой или электрической энергии.