УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к области охраны окружающей среды, в частности к процессам, оборудованию, аппаратам и устройствам переработки отходов, более конкретно, к термической переработке отходов посредством сжигания.
Научно-технический прогресс привел к созданию мощного производственного и сельскохозяйственного потенциала, интенсивному развитию всех видов транспорта, к строительству крупнейших гидротехнических сооружений.
К сожалению, развитие цивилизации сопровождается нарушением экологического равновесия в результате воздействия человека на природные объекты. Одним из факторов этого воздействия является загрязнение окружающей среды твердыми, жидкими и газообразными отходами [1 с. 5].
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Дальнейшее ухудшение состояния окружающей среды становится опасным для человечества. Большое количество отходов промышленного, сельскохозяйственного и бытового происхождения нарушило равновесие, при котором природа успешно справлялась с переработкой отходов с помощью бактерий, воды, воздуха и солнечного света. Загрязнение окружающей среды - это изменение ее качества, способное вызвать отрицательные последствия для человека, животного и растительного мира[1 с. 6].
Загрязнение окружающей среды может быть механическим, химическим, физическим, радиационным и биологическим все виды загрязнений взаимосвязаны и могут активизировать друг друга. Полезная модель относится к области переработки и утилизации твердых бытовых отходов.
Уровень техники по переработке твердых бытовых отходов, находится в таком состоянии, что используя современные технологии, человечество имеет разнообразнейшую структуру всевозможных отходов бытового и производственного происхождения. Эти отходы, постепенно накапливаясь превратились в настоящее бедствие [2 с. 519].
Термическая переработка промышленных и бытовых отходов - широко распространенный способ уничтожения отходов. Сложность непосредственной утилизации отходов, в первую очередь твердых бытовых отходов (ТБО) обусловлена, с одной стороны, их исключительной многокомпонентностью, с другой - повышенными санитарными требованиями к процессу переработки.
В связи с этим термическая переработка - сжигание до сего времени остается наиболее распространенным способом первичной обработки бытовых отходов. Сжигание бытовых и промышленных отходов, помимо снижения объема и массы, позволяет получить дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии.
В настоящее время уровень сжигания отходов в отдельных странах различен. Так, из общего объема твердых бытовых отходов доля сжигания колеблется в таких странах, как Австрия, Италия. Франция, Германия от 30 до 40%, Бельгии, Швеции - 48-50%, Японии - 70%, Дании, Швейцарии - 80%, Англии, США - 10%. В России сжиганию подвергается лишь 2% бытовых отходов, в Москве - около 10%. Для повышения экологической безопасности необходимым условием при сжигании отходов является соблюдение ряда принципов[1 с 559-560].
Основным из них является температура сжигания веществ, продолжительность сжигания при высокой температуре, которая зависит от вида сжигаемых отходов, турбулентности воздушных потоков для полноты сжигания отходов. К направлениям повышения уровня техники по переработке отходов следует отнести замену воздуха подаваемого к месту сжигания отходов для ускорения процесса, на кислород. Это позволяет снизить объем горючих отходов, изменить их состав, исключить фильтрационную пыль, подлежащую подземному захоронению.
Уровень техники в области переработки отходов требует дальнейшего развития и совершенствования. В работе отмечается [2 с. 514-515], что система переработки твердых отходов должна базироваться на технических исследованиях и всеобъемлющем планировании, включая следующие процедур: - исследования и оценки состава и количества отходов; - исследование технологий сбора отходов; -исследование способов обработки и ликвидации отходов.
Появляются новые патенты на изобретения и полезные модели в области переработки отходов [4, 5,6, 7, 8, 9], в том числе патент 186833 РФМПК B65f 1/1405 Контейнерный шкаф для приема и хранения твердых бытовых отходов [Текст] / Симонцев А.Г., Еракулев С.В., Гилядов И.Г. опубл. 05.02.2019, бюл. №4.
Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для поддержания горения, а именно к печам термической переработки отходов и может быть использована в коммунальном хозяйстве и промышленности.
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
Известно изобретение, авторское свидетельство SU 1495574 кл. F23G 5/05,опубл. 23.07.1989, бюл. 27, авторы Хоменко А.Г., Белинская Г.Н., Алексеева А.И. -"Валковая колосниковая решетка для сжигания твердых бытовых отходов". Валковая колосниковая решетка содержит валки, внутри которых размещен барабан с радиально закрепленными на нем балками, на которых расположены чередующиеся кольцевые ряды подвижных и неподвижных колосников. Устройства. Во время работы на поверхность колосниковой решетки подаются отходы и начинают вращаться валки в сторону уклона колосниковой решетки, при этом нагнетается воздух. Очистка колосниковых зазоров решетки происходит в процессе работы. Установка требует ручного труда для очистки колосниковых зазоров при повышенной температуре в рабочем пространстве, громоздка, не имеет высокой производительности.
Известно изобретение, патент RU 2280813, кл. F23G 5/00опубл. 27.07.2006, бюл. 21, автор Соловьев Г.В. - "Способ утилизации отходов и камерная печь для его осуществления". Способ утилизации отходов в камерной печи включает сжигание отходов за счет тепла сжигания топлива при подаче воздуха на горение при периодическом перемешивании твердых отходов. Твердые отходы загружают в барабан при его выдвижении из камеры сгорания печи. Перемешивание твердых отходов при сжигании осуществляют вращением барабана.
В качестве топлива используют нефтесодержащие жидкие отходы, подаваемые в горелку камеры сгорания.
Недостатком указанного способа является необходимость сжигания жидкого топлива для утилизации отходов, наличие специальной топливо подачи, открывания камеры для удаления зольных остатков и для загрузки очередной партии отходов, сложность конструкции печи и возможность применения этого способа только в предприятиях нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
Известно изобретение, патент RU 2371636, кл. F23G 5/12, опубл. 27.10.2004., бюл №30, авторы Бричко В.Ф., Коржевенко Г.Н., Кудрявцев Е.А., Мкртумян А.В. - "Устройство для сжигания инфицированных и токсичных отходов". Указанное устройство имеет камеру сжигания, дверь и горелку. Камера сжигания содержит камерную печь, которая имеет колосниковую решетку в виде роликов приводного рольганга. Подшипники роликов рольганга расположены на эллиптической раме, большая горизонтальная ось которой превосходит малую ось в 2-2,5 раза. Дверь имеет боковые бортики, горелка расположена в простанстве под колосниками. Устройство позволяет перерабатывать небольшие объемы отходов, обладает малой производительностью.
Известна полезная модель, патент RU 165359, кл. C02F 11/10, F23G 7/04,опубл. 10.10.2016 бюл. №28, авторы Тихомиров Д.Н., Тарасенко B.C. - "Устройство для термической переработки отходов".Устройство для термической переработки отходов содержит связанные трубопроводами печь, конденсатор-холодильник, сборник-сепаратор, а также систему наддува, манометр, в нижней части печи установлены колосники и горелка, имеется сменная реторда с возможностью установки в шахту печи, крышка, затвор по периметру сопрягаемых поверхностей реторды и печи, Печь выполнена с футеровкой огнеупорным бетоном и высокотемпературной теплоизоляцией. Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции и сложность обслуживания при использовании, а также зависимость от внешних источников электроэнергии..
Известна горелка для сжигания твердых отходов, содержащих камеру сгорания и камеру дожигания. (Т.П. Беспамятное и др. «Термические методы обезвреживания промышленных отходов». - М.: Химия, 1969. - c. 11, рис. 3).
Недостатком указанной горелки является большое количество оксидов азота в отработавших дымовых газах из-за высокой температуры дожигания (свыше +1300°С).
Известен способ понижения концентрации оксидов азота при двухступенчатом сжигании природного газа на 90% и мазута на 73% с промежуточным охлаждением в котлах, а также на 33% - при возврате 25% охлажденных дымовых газов через шлицы в воздуховоды горелочных устройств (Бузников Е. Ф. и др. Пароводогрейные котлы для электростанций и котельных. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - (Б-ка теплоэнергетика). С. 178.).
В качестве прототипа выбрано "Устройство для термической переработки отходов" патент RU 165359, кл. C02F 11/10, F23G 7/04,опубл. 10.10.2016 бюл. №28, авторы Тихомиров Д.Н., Тарасенко B.C. (R/4 №165359, 2016), содержащее связанные трубопроводами печь, конденсатор-холодильник, сборник-сепаратор жидких продуктов и газожидкостной сепаратор, а также систему наддува и манометр, причем, в нижней части шахты печи установлены колосники и горелка, а также реторта, крышка, затвор по периметру реторты и печи и сильфонный компенсатор деформаций, связывающий печь с компенсатором-холодильником.
Недостатками этого устройства является низкая эффективность теплопередачи от дымовых газов к реторте и зависимость от внешних источников электроэнергии.
Признаками, совпадающими с существенными признаками предлагаемого устройства являются связанные трубопроводами печь, конденсатор-холодильник, сборник-сепаратор жидких продуктов и газожидкостный сепаратор, а также система наддува и манометр, причем, в нижней части шахты печи установлены колосники и горелка, а также реторта, крышка, затвор по периметру реторты и печи и сильфонный компенсатор деформаций, связывающий печь с компенсатором-холодильником.
Причинами, препятствующими достижению ожидаемого технического результата, является низкая теплопередача к реторте от медленно поднимающихся печных газов и невозможность работать при отсутствии внешней электроэнергии.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет введения собственного источника электроэнергии и турбулизации печных газов.
Технической задачей полезной модели является создание эффективно устройства для термической переработки бытовых отходов.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для термической переработки отходов, содержащем связанные трубопроводами печь, конденсатор-холодильник, сборник-сепаратор жидких продуктов и газожидкостный сепаратор, а также систему наддува и манометр, причем в нижней части шахты печи установлены колосники и горелки, а в верхней части находится сменная реторта, закрытая крышкой, затвор по периметру сопрягаемых поверхностей реторты и печи и сильфонный компенсатор деформаций, связывающий реторту с конденсатором-холодильником, причем введен мотор-генератор, работающий на произведенном горючем газе и питающий энергией систему наддува
Согласно полезной модели выхлопная труба мотор-генератора подведена в нижнюю часть шахты печи;
Согласно полезной модели ось конической части выхлопной трубы направлена по касательной в горизонтальной плоскости к боковой поверхности реторты.
Между совокупностью существенных признаков предлагаемого устройства и ожидаемым техническим результатом, который может быть достигнут, проявляется следующая причинно-следственная связь: введение мотор-генератора позволяет существенно расширить функциональные возможности устройства для термической переработки отходов и обеспечить непрерывность технологического процесса переработки за счет использования собственного источника электроэнергии при прекращении подачи ее от внешнего источника и повышение теплоотдачи за счет организации спирального движения дымовых газов между ретортой и шахтой впуском выхлопных газов мотор-генератора по касательной к боковой поверхности реторты.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ И ИНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Сущность технического решения заявленной полезной модели поясняется чертежами.
Фиг. 1 приведен чертеж устройства для термической переработки отходов (вид сбоку справа).
1 - ретортная печь, 2 - сменная реторта, 3 - конденсатор-холодильник, 4 - сборник-сепаратор жидких продуктов, 5 - газо-жидкостный сепаратор,6 -система наддува, 7 - манометр,9 - крышка, 10 - песочный затвор, 11 - шахта, 12 - печь с футеровкой, 18 - мотор-генератор, 19 - выхлопная труба, 20 -конический конец.
Фиг. 2 приведен чертеж разреза устройства для термической переработки отходов (вид сбоку справа, с указанием шахты).
2 - сменная реторта, 11 - шахта, 12 - печь с футеровкой, 18 - мотор-генератор, 19 - выхлопная труба, 20 - конический конец
Фиг. 3 приведен чертеж разреза устройства для термической переработки отходов (вид сверху)
1 - ретортная печь, 3 - конденсатор-холодильник, 5 - газо-жидкостный сепаратор, 6 - система наддува, 9 - крышка, 14 - горелка, 16 - трубопровод, 17 - быстросъемное соединение.
Фиг 4 приведен чертеж устройства для термической переработки отходов (вид сбоку слева)
6 - система наддува, 7 - манометр, 8 - кран шаровой муфтовый, 15 - сильфонный компенсатор, 16 - трубопровод, 17 - быстросъемное соединение.
ПОЗИЦИИ НА ЧЕРТЕЖАХ
Устройство для переработки дробленых отходов содержит ретортную печь 1, сменную реторту 2 с крышкой 9, песочный затвор 10 по периметру сопрягаемых поверхностей сменной реторты и печи, что обеспечивает герметизацию внутреннего пространства печи, конденсатор-холодильник 3, сборник-сепаратор жидких продуктов 4, газо-жидкостный сепаратор 5, система наддува 6, манометр 7, кран шаровой муфтовый 8, шахту 11 печи с футеровкой 12 огнеупорным бетоном и высокотемпературной теплоизоляцией на основе керамического волокна, в нижней части шахты печи установлены колосники 13, горелка 14, сильфонный компенсатор 15 деформации, связывающий крышку 9 сменной реторты 2 с компенсатором-холодильником 3 при помощи трубопровода 16 и быстросъемного соединения 17, мотор-генератор 18 с выхлопной трубой 19 с коническим концом 20.
Устройство работает следующим образом.
Переработка отходов осуществляется с целью их утилизации и получения ценных продуктов - жидкого топлива, горючего газа, углеродного остатка (полукокса), металлов.
Сырье (дробленые отходы) загружается в реторту 2 (сосуд из жаростойкого материала).
Реторта 2 представляет собой цилиндрический сосуд из жаростойкой стали с крышкой 9. Песочный затвор 10 по периметру сопрягаемых поверхностей реторты 2 и печи 1 обеспечивает герметичность внутреннего пространства печи 1.
Сырье нагревается посредством теплоотдачи через стенки реторты 2 и подвергается термическому разложению (пиролизу) с оборудованием парогазовой смеси и углеродистого остатка - полукокса. Парогазовая смесь выводится из реторты по трубопроводу, охлаждается в конденсаторе-холодильнике 3, пары конденсируются и полученная жидкость отделяется от неконденсирующихся газов в газожидкостном сепараторе 5.
Жидкость накапливается в сборнике-сепараторе 4 жидких продуктов, газ частично используется для поддержания процесса (сжимается в горелке 14 печи 1), а также частично используется для работы мотор-генератора 18. По окончании процесса пиролиза реторту 2 либо догружают новой порцией сырья, либо извлекают из печи 1 для очистки и установки другой реторты 2, заполненной дроблеными отходами.
Вертикальная шахта 11 печи 1 снабжена футеровкой 12 из огнеупорного бетона и высокотемпературной теплоизоляцией на основе керамического волокна. В нижней части шахты 11 печи 1 установлены колосники 13 для сжигания твердого топлива и горелка 14 для сжигания горючего газа. Интенсификация горения и перемешивание топочных газов обеспечивается системой наддува 6, а интенсификация теплопередачи к боковым стенкам реторты 2 обеспечивается пульсирующим выхлопом из конического отверстия по выхлопной трубе 19 мотор-генератора 18, который образовывает вращающийся циклон, «сдувающий» охлажденные дымовые газы с наружной поверхности реторты 2.
Конденсатор-холодильник 3 предназначен для охлаждения и конденсации паров жидких продуктов пиролиза. Парогазовая смесь поступает из реторты 2 в конденсатор-холодильник 3 по трубопроводу 16 через быстросъемное соединение 17 и сильфонный компенсатор 15 деформации. Конденсат и несконденсировавшиеся газы отправляются по трубопроводу 16 в сборник-сепаратор 4. Сборник-сепаратор 4 выполнен в виде цилиндрической емкости и предназначен для сбора жидких продуктов пиролиза и частичного улавливания брызг жидких продуктов из газового потока. Окончательная очистка газа от капель жидкости осуществляется в газожидкостном сепараторе 5.Горючий раз поступает в горелку печи 1 и в мотор-генератор 18.Манометр 7 контролирует давление в холодильнике-конденсаторе 3.
Для розжига печи твердое топливо (дрова, уголь, полукокс) загружается на колосники через дверь печи и поджигается.
При отсутствии внешней электроэнергии запускается в работу мотор-генератор 18. Интенсификация горения обеспечивается системой наддува 6 воздуха под колосники 13, а интенсификация перемешивания газов в печи 1 и регулирование температуры обеспечивается выхлопными газами мотор-генератора 18 через конический конец 20 и воздухом наддува. По мере образования газ пиролиза подается в горелку 14 и воспламеняется. По мере увеличения потока газа наддув воздуха под колосники 13 уменьшают.
Окончание процесса пиролиза определяется по мере уменьшения потока горючего газа вплоть до прекращения. По окончании процесса на 30 минут прекращают наддув и подачу газа с целью снижения температуры в печь 1 перед перезагрузкой реторты 2.После снижения температуры реторта 2 отключается от трубопровода холодильника-конденсатора 3 и извлекается из печи 1, после чего устанавливается загруженная реторта 2.Извлеченная горячая реторта 2 остывает на воздухе. После остывания открывается крышка 9 реторты 2 и производится выгрузка полукокса.
Во время работы устройства кран шаровой муфты 8 должен быть закрыт.Огнеупорный бетон и керамическое волокно обеспечивает высокую стойкость футеровки 12 и долговечность печи. Реторта 2 из жаростойкой нержавеющей стали обладает высокой стойкостью к условиям эксплуатации и небольшой массой. Остывание полукокса в закрытых ретортах 2 на воздухе позволяет отказываться от тушения полукокса водой и снизить экологическую нагрузку.
Таким образом, создано автономное эффективное устройство для переработки твердых отходов. При этом повышены функциональные возможности для переработки дробленых отходов разнородного состава, повышена эффективность технологического процесса переработки за счет интенсификации теплопередачи от дымовых газов к реторте, а также снижены энергетические затраты на единицу теплотворной способности продуктов термохимической переработки.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Бобович, Б.Б. Процессы и аппараты переработки отходов: учебное пособие / Б.Б. Бобович. - Екб, Издательство АТП, 2015 год. - 288 с.
2. Кольцов, В.Б. Процессы и аппараты охраны окружающей среды: учебник и практикум для акдемических бакалавриата / В.Б. Кольцов, О.В. Кольцова: под общ. ред. В.И. Каракеяна. - М.: Издательство Юрайт, 2014. - 588 с.
3. Беспамятное, Г.П. Термические методы обезвреживания промышленных отходов»./ Г.П. Беспамятное и др. - М.: Химия, 1969.
4. Бузников Е. Ф.. Пароводогрейные котлы для электростанций и котельных. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - (Б-ка теплоэнергетика). 178.с.
5. Авторское свидетельство SU 1495574 МПК bai. F23G 5/05, опубл. 23.07.1989, бюл. 27, авторы Хоменко А.Г., Белинская Г.Н., Алексеева А.И. -"Валковая колосниковая решетка для сжигания твердых
6. Патент RU 2280813, МПК F23G 5/00. Способ утилизации отходов и камерная печь для его осущетвления[Текст] /Соловьев Г.В. опубл. 27.07.2006, бюл. №21.
7. Патент RU 2371636,МПК F23G 5/12. опубл. Устройство для сжигания инфицированных и токсичных отходов [Текст] / Бричко В.Ф., Коржевенко Г.Н., Кудрявцев Е.А., Мкртумян А.В. опубл. 27.10.2004, бюл. №30.
8. Патент RU 165539,МПК C02F 11/10, F23G 7/04.Устройство для термической переработки отходов[Текст] / Тихомиров Д.Н. Тарасенко В.С.опубл.10.10.2016, бюл. №28.
9. Патент RUMTIK B65f 1/1405 Контейнерный шкаф для приема и хранения твердых бытовых отходов [Текст] / Симонцев А.Г., Еракулев С.В., Гилядов И.Г. опубл. 05.02.2019, бюл. №4.