КОМПЛЕКС ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ДЕРЕВЯННЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ШПАЛ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области утилизации индустриальных отходов, и в частности, к утилизации исчерпавших свой ресурс деревянных железнодорожных шпал.
Известен мобильный комплекс для утилизации отработавших свой срок деревянных железнодорожных шпал [1], который размещается на железнодорожном вагоне-платформе и включает в свой состав камеру для сушки измельченной шпальной массы, камеру пиролиза и топку, соединенную воздуховодом с камерой сушки. Помимо этого, в состав мобильного комплекса входит конденсатор и камера для сбора конденсата пиролизных газов. Также в составе комплекса имеется установка для механической очистки поверхности утилизируемых отработанных железнодорожных шпал, рубильная машина, воздуховод с газоочистительной установкой, газовый ресивер, топочный экономайзер, топочный экономайзер и камера активации угля.
Недостатком известного мобильного комплекса является образование токсичного конденсата, подлежащего также последующей утилизации, а также необходимость его комплектации газоочистительной установкой, снижающей уровень выбросов опасных соединении (в частности, фенола) в воздух рабочей зоны до предельно допустимой концентрации (ПДК).
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является комплекс утилизации железнодорожных деревянных шпал [2]. Известный комплекс содержит участок выгрузки и сортировки утилизируемых железнодорожных деревянных шпал и последовательно соединенные с ним участок подготовки железнодорожных деревянных шпал, участок продольной распилки железнодорожных деревянных шпал, участок торцевания железнодорожных деревянных шпал и склад образующихся пиломатериалов. Кроме того, участок подготовки железнодорожных деревянных шпал последовательно соединен с участком измельчения железнодорожных деревянных шпал, участком сушки образующихся опилок, участком складирования этих опилок и участком приточно-вытяжной вентиляции и аспирации. При этом участок сушки упомянутых опилок соединен с линией их сжигания, образованной участком сжигания опилок, соединенный с участком газоочистки, а также участок электрогенерации. Это наиболее близкий аналог принимается в качестве прототипа.
3
Недостаток прототипа заключается в содержании в воздухе рабочей зоны при осуществлении утилизации железнодорожных деревянных шпал опасных соединений фенола на уровне 0,3 мг/м, образующихся вследствие термического разложения креазота, которым пропитаны утилизируемые железнодорожные деревянные шпалы.
Задача, на решение которой направлено создание предлагаемого комплекс для утилизации деревянных железнодорожных шпал, состоит в создании современного устройства, позволяющего утилизировать упомянутые шпалы с максимально возможным снижением выделения в окружающую среду вредные в биологическом отношении фенольных соединений.
Технический результат, ожидаемый от использования заявленного комплекса, состоит в снижении концентрации фенола в воздухе рабочей зоны при утилизации деревянных железнодорожных шпал посредством их сжигания.
Заявленный технический результат достигается тем, что в комплексе для утилизации деревянных железнодорожных шпал, состоящем из печи, средства объемного нагрева печи и средства подачи материала деревянных железнодорожных шпал в печь, печь выполнена в виде наклоненной относительно горизонта металлической трубы с возможностью вращения вокруг своей оси, средство объемного нагрева печи размещено у первого торца металлической трубы, позиционированного ближе, относительно второго торца металлической трубы, к земной поверхности, и представляет собой, по меньшей мере, одну пламяобразуюшую форсунку, а средство подачи материала деревянных железнодорожных шпал подведено ко второму торцу металлической трубы, при этом внутренняя поверхность металлической трубы футерирована плитками, поверхность которых в донной части печи маскирована сыпучим цементным сырьем.
Целесообразно, чтобы пламяобразующая форсунка была выполнена с возможностью сжигания газообразного топлива, жидкого топлива или размельченного твердого топлива.
Желательно, чтобы между выходом средства подачи материала деревянных железнодорожных шпал и вторым торцом металлической трубы был установлен шлюз загрузки.
Предпочтительно, чтобы шлюз загрузки был выполнен в виде шторки. Имеет значение, чтобы шлюз загрузки был оснащен средством фильтрации.
Желательно, чтобы средство фильтрации было выполнено в виде электрического фильтра.
Целесообразно, чтобы у первого торца металлической трубы было установлено средство приема продуктов термообработки в печи.
Имеет значение, чтобы средство приема продуктов термообработки в печи было выполнено в виде устройства их отвода посредством средства перемещения.
Предпочтительно, чтобы средство перемещения было выполнено в виде транс портера.
Желательно, чтобы средство подачи материала деревянных железнодорожных шпал было выполнено с возможностью одновременной подачи в печь цементного сырья.
Имеет значение, чтобы средство подачи материала деревянных железнодорожных шпал было выполнено в виде ленточного или шнекового транспортера.
Заявленный технический результат достигается также тем, что в комплексе для утилизации деревянных железнодорожных шпал, состоящием из печи, средства объемного нагрева печи и средства подачи материала деревянных железнодорожных шпал в печь, печь была выполнена в виде наклоненной относительно горизонта металлической трубы с возможностью вращения вокруг своей оси, средство объемного нагрева размещено у первого торца металлической трубы, позиционированного ближе, относительно второго торца металлической трубы, к земной поверхности, и представляет собой, по меньшей мере, одну пламяобразующую форсунку, а средство подачи материала деревянных железнодорожных шпал подведено ко второму торцу металлической трубы, при этом внутренняя поверхность металлической трубы футерирована плитками, поверхность которых в донной части печи маскирована сыпучим цементным сырьем, а перед средством подачи материала деревянных железнодорожных шпал установлен измельчитель.
Целесообразно, чтобы пламяобразующая форсунка была выполнена с возможностью сжигания газообразного топлива, жидкого топлива или размельченного твердого топлива.
Имеет значение, чтобы между выходом средства подачи материала деревянных железнодорожных шпал и вторым торцом металлической трубы был установлен шлюз загрузки.
Предпочтительно, чтобы шлюз загрузки был выполнен в виде шторки. Желательно, чтобы шлюз загрузки был оснащен средством фильтрации.
Имеет значение, чтобы средство фильтрации было выполнено в виде электрического фильтра.
Целесообразно, чтобы у первого торца металлической трубы было установлено средство приема продуктов термообработки в печи.
Желательно, чтобы средство приема продуктов термообработки в печи было выполнено в виде устройства их отвода посредством средства перемещения.
Предпочтительно, чтобы средство перемещения было выполнено в виде транспортера.
Имеет значение, чтобы измельчитель был выполнен с возможностью получения щепы, стружки или опилок.
Целесообразно, чтобы средство подачи материала деревянных железнодорожных шпал было выполнено с возможностью одновременной подачи в печь цементного сырья.
Желательно, чтобы средство подачи материала деревянных железнодорожных шпал было выполнено в виде ленточного или шнекового транспортера.
Заявленный комплекс иллюстрируется рисунками. На Фиг.1 схематично изображен комплекс для утилизации цельных деревянных железнодорожных шпал; на Фиг.2 схематично изображен комплекс для утилизации предварительно измельченных деревянных железнодорожных шпал, на Фиг.3 изображено сечение по А-А
Перечень позиций.
1. Печь.
1.1 Металлическая труба.
1.2 Футеровка.
1.3 Первый электродвигатель.
1.4 Второй электродвигатель.
1.5 Первый редуктор.
1.6 Второй редуктор.
1.7 Первая опора.
1.8 Вторая опора.
1.9 Первый привод.
1.10 Второй привод.
1.11 Первый опорный каток.
1.12 Второй опорный каток.
2. Пламяобразующие форсунки.
3. Измельчитель.
4. Средство подачи.
4.1. Основание
5. Шлюз загрузки.
5.1. Шторка.
5.2. Электрический фильтр.
6. Транспортер.
7. Продукты термообработки.
8. Шпалы.
9. Сыпучее цементное сырье.
10. Измельченные шпалы.
Комплекс для утилизации деревянных железнодорожных шпал представляет собой печь 1 (Фиг.1-Фиг.3), которую образует металлическая труба 1.1 (Фиг.1-Фиг.2). Металлическая труба 1.1 (Фиг.1-Фиг.2) изготавливается из жаропрочной конструкционной стали, состав которой, например, раскрыт в источнике [3]. Изнутри металлическая труба 1.1 (Фиг.1-Фиг.3) футерирована термостойким покрытием, например, раскрытом в источнике [4]. Вращение печи 1 (Фиг.1-Фиг.3) вокруг своей оси достигается благодаря совместной работе электродвигателей, в частности первому 1.3 (Фиг.1-Фиг.3) и второму 1.4 (Фиг.1 и Фиг.2) электродвигателям. Через первый 1.5 (Фиг.1-Фиг.3) и второй 1.6 (Фиг.1 и Фиг.2) редукторы, соединенные валами с первой 1.7 (Фиг.1 и Фиг.2) и второй 1.8 (Фиг.1 и Фиг.2) опорами соответственно, посредством первого 1.9 (Фиг.1-Фиг.3) и второго 1 (Фиг.1 и Фиг.2) приводов, установленных на упомянутых валах. Для обеспечения устойчивого положения вращающейся печи 1 (Фиг.1-Фиг.3) в пространстве использованы первый 1.11 (Фиг.1-Фиг.3) и второй (Фиг.1 и Фиг.2)) опорные катки.
Пламяобразующие форсунки 2 (Фиг.1-Фиг.3) предназначены для формирования в печи 1 (Фиг.1-Фиг.3) высокой температуры. В зависимости от вида используемого топлива (газ, жидкость или размельченное до пылеобразного состояния твердое топливо), конструкция пламяобразующих форсунок 2 (Фиг.1-Фиг.3) может быть разнообразной (см., например, [5]…[7]). В одном из вариантов воплощения заявленной полезной модели комплекс содержит измельчитель 3 (Фиг.2), предназначенный для преобразование отработавших свой ресурс деревянных железнодорожных шпал 8 (Фиг.1 и Фиг.3) в щепу, стружку или опилки. Для подачи утилизируемого объекта (упомянутых шпал, а также щепы, стружки и опилок из нее) в печь 1 (Фиг.1-Фиг.3) используют средство подачи 4 (Фиг.1 и Фиг.2). В качестве последнего может быть использован ленточный или шнековый транспортер [8, 9], зафиксированный на основание 4.1 (Фиг.1 и Фиг.2). Шлюз загрузки 5 (Фиг.1 и Фиг.2) выполнен в виде шторки 5.1 (Фиг.1 и Фиг.2). Помимо этого упомянутый шлюз оснащен электрическим фильтром 5.2 (Фиг.1 и Фиг.2), который предназначается для улавливания пыли. Конструкция электрического фильтра для улавливания пыли известна, например, из источника [10]. На выходе из печи 1 (Фиг.1 и Фиг.2) присутствует транспортер 6 (Фиг.1 и Фиг.2), роль которого заключается в удалении от соответствующего торца металлической трубы 1.1 (Фиг.1 и Фиг.2) продуктов термообработки 7(Фиг.1 и Фиг.2), образующихся в результате сжигания утилизируемых деревянных железнодорожных шпал 8 (Фиг.1 и Фиг.3) или измельченных шпал 10 (Фиг.2) в присутствии сыпучего цементного сырья 9 (Фиг.1-Фиг.3).
Пример №1.
Используют печь 1 (Фиг.1), длина металлической трубы 1.1 (Фиг.1) которой составляет 25 метров, внешний диаметр имеет значение 3 метра, а наклон оси относительно горизонта равен 12 градусам. Включают вращение печи 1 (Фиг.1) посредством приведение в действие первого 1.3 и второго 1.4 электродвигателей (Фиг.1), которые в свою очередь через первый 1.5 и второй 1.6 (Фиг.1) редукторы задают вращение металлической трубы 1.1 (Фиг.1) со скоростью 30 оборотов в час через первый 1.9 и второй 1.10 (Фиг.1) приводы. Благодаря первой 1.7 и второй 1.8 опорам (Фиг.1), а также опорным каткам 1.11 (Фиг.1 и Фиг.3) и 1.12 (Фиг.1), вращающаяся металлическая труба 1.1 (Фиг.1) сохраняет стабильное положение в пространстве. Следует отметить, что наряду с приводимым частным решением организации вращения трубообразной печи 1 (Фиг.1) вокруг своей оси, существуют и другие методы задания вращения металлической трубы 1.1 (Фиг.1), например, метод раскрытый в источнике [11].
Затем зажигают пламяобразующие форсунки 2 (Фиг.1), работающие на природном газе, и создают температуру внутри печи 1 (Фиг.1) около 1620°С. Контроль температуры производят используя термопару, скользящую на расстоянии 1 м от первого торца по немаскированной поверхности плит футеровки 1.2 (Фиг.1). Погрешность измерения температуры таким образом составляет 5°C.
Используя в качестве средства подачи материала деревянных железнодорожных шпал в печь 1 (Фиг.1) запущенный в работу ленточный транспортер 4 (Фиг.1), закрепленный на основании 4.1 (Фиг.1), через шлюз загрузки 5 (Фиг.1) в печь первоначально подают сыпучее цементное сырье 9 (Фиг.1) до тех пор, пока степень маскировании им плиток футеровки 1.2 (Фиг.1) в результате воздействия сил гравитации и вращения печи 1 (Фиг.1 и Фиг.3)не достигнет 20%.
Затем на упомянутый ленточный транспортер 4 (Фиг.1), играющий в комплексе роль средства подачи материала деревянных железнодорожных шпал в печь 1 (Фиг.1), равномерно укладывают подлежащие утилизации деревянные железнодорожные шпалы 8(Фиг.1). Достигая на ленточном транспортере 4 (Фиг.1) шлюза загрузки 5 (Фиг.1) они отклоняют шторку 5.1(Фиг.1) и попадают через второй торец металлической трубы 1.1 (Фиг.1) в жерло печи 1(Фиг.1). Происходит сжигание образующей шпалу 8 (Фиг.1) древесины. При этом электрический фильтр 5.2 (Фиг.1) задерживает пыль из отходящих через шлюз загрузки 5 (Фиг.1) в атмосферу топочных газов. В свою очередь продукты термообработки 7 (Фиг.1) /по существу клинкер, обогащенный пеплом сожженной древесины/ под действием сил гравитации и в результате вращения печи 1 (Фиг.1) из первого торца металлической трубы 1.1 (Фиг.1) выпадают на транспортер 6 (Фиг.1), который вывозит их к месту складирования.
Для измерения концентрации опасного содержимого в отходящих в атмосферу топочных газов (фенола) использовали масс-спектрометр, забор проб для которого осуществлялся непосредственно за шторкой 5.1. (Фиг.1) шлюза загрузки 5 (Фиг.1). Сравнительные с комплексом-прототипом результаты контроля содержания фенола в воздухе рабочей зоны представлены в таблице №1.
Таблица №1
№ п/п
Наименование используемого для утилизации шпал комплекса
Наименование опасных веществ, выделяющихся при сжигании креазота
Концентрация фенола в воздухе рабочей зоны
Примечание
1.
Комплекс - прототип
фенол
ПДК *
Фенол (гидроксибензол) C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>O является веществом 2 класса опасности
2.
Предлагаемый комплекс
фенол
0,0011 мг/м<sup>3</sup>
* Предельно допустимая концентрация (ПДК) фенолов в воздух рабочей зоны не должна превышать величину 0,3 мг/м<sup>3</sup>.
Как видно из Таблицы №1, предлагаемый комплекс обеспечивает снижение концентрации фенола в воздухе рабочей зоны при утилизации деревянных железнодорожных шпал почти в 300 по сравнению с прототипом. Следовательно, можно утверждать о достижении заявленного технического результата.
Пример №2.
Используют печь 1 (Фиг.2), длина металлической трубы 1.1 (Фиг.2) которой составляет 9 метров, внешний диаметр имеет значение 1, 4 метра, а наклон оси относительно горизонта равен 10 градусам. Включают вращение печи 1 (Фиг.2) посредством приведение в действие первого 1.3 и второго 1.4 электродвигателей (Фиг.2), которые в свою очередь через первый 1.5 и второй 1.6 (Фиг.2) редукторы задают вращение металлической трубы 1.1 (Фиг.2) 60 оборотов в час через первый 1.9 и второй 1.10 (Фиг.2) приводы. Благодаря первой 1.7 и второй 1.8 (Фиг.2) опорам, а также опорным каткам 1.11 и 1.12 (Фиг.2), вращающаяся металлическая труба 1.1 (Фиг.2) сохраняет стабильное положение в пространстве. Следует отметить, что наряду с приведенным частным решением организации вращения трубообразной печи 1 (Фиг.2) вокруг своей оси, существуют и другие методы задания вращения металлической трубы 1.1 (Фиг.2), например, метод раскрытый в источнике [11].
Зажигают пламяобразующую форсунку 2 (Фиг.2), работающую на топочном мазуте, и создают температуру внутри печи 1(Фиг.2) около 1450°C. Контроль температуры производят посредством использования термопары, скользящей на расстоянии 0,6 м от первого торца по немаскированной поверхности плиток футеровки 1.2 (Фиг.2). Погрешность измерения температуры составляет 5°C.
Используя в качестве средства подачи материала деревянных железнодорожных шпал в печь 1 (Фиг.2) запущенный в работу шнековый транспортер 4 (Фиг.2), закрепленный на основании 4.1 (Фиг.2), через шлюз загрузки 5 (Фиг.2) в печь первоначально подают сыпучее цементное сырье 9 (Фиг.2) до тех пор, пока степень маскировании им плиток футеровки 1.2 (Фиг.2) в результате воздействия сил гравитации и вращения печи 1 (Фиг.2) не достигнет 14%.
Затем на упомянутый ленточный транспортер 4 (Фиг.2), играющий в предлагаемом комплексе роль средства подачи материала деревянных железнодорожных шпал в печь 1 (Фиг.2), равномерно насыпают щепу утилизируемых деревянных железнодорожных шпал 8 (Фиг.2), вырабатываемую измельчителем 3 (Фиг.2). Достигая на ленточном транспортере 4 (Фиг.2) шлюза загрузки 5 (Фиг.2) щепа отклоняет шторку 5.1 (Фиг.2) и попадает через второй торец металлической трубы 1.1 (Фиг.2) в жерло печи 1 (Фиг.2). При этом электрический фильтр 5.2 (Фиг.2) задерживает пыль из отходящих через шлюз загрузки 5 (Фиг.2) в атмосферу топочных газов. В свою очередь продукты термообработки 7 (Фиг.2) /по существу клинкер, обогащенный пеплом сожженной древесины/ под действием сил гравитации и в результате вращения печи 1 (Фиг.2) из первого торца металлической трубы 1.1 (Фиг.2) выпадают на транспортер 6 (Фиг.2), который вывозит их к месту складирования.
Для измерения концентрации фенола, содержащегося в отходящих в атмосферу топочных газов использовали, масс-спектрометр, забор проб для которого осуществлялся сразу за шторкой 5.1. (Фиг.2) шлюза загрузки 5 (Фиг.2). Сравнительные с комплексом-прототипом результаты контроля содержания фенола в воздухе рабочей зоны представлены в таблице №2.
Таблица №2
№ п/п
Наименование используемого для утилизации комплекса
Наименование опасных веществ, выделяющихся при сжигании креазота
Концентрация фенола в воздухе рабочей зоны
Примечание
1.
Комплекс - прототип
фенол
ПДК *
Фенол (гидроксибензол) C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>O является веществом 2 класса опасности
2.
Предлагаемый комплекс
фенол
0,0009 мг/м<sup>3</sup>
* Предельно допустимая концентрация (ПДК) фенолов в воздух рабочей зоны не должна превышать величину 0,3 мг/м<sup>3</sup>.
Как видно из Таблицы №2, предлагаемый комплекс обеспечивает снижение концентрации фенола в воздухе рабочей зоны при утилизации деревянных железнодорожных шпал более чем в 300 раз по сравнению с комплексом-прототипом. Следовательно, можно утверждать о достижении заявленного технического результата при использовании заявленного комплекса.
Для воплощения заявленного комплекса могут быть использованы известные конструкционные материалы, узлы, блоки и механизмы. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию патентоспособности полезной модели «промышленная применимость».
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Полезная модель РФ №97129, С10 В 53/02, опуб. 27.08.2010 г., Бюл. №24.
2. Изобретение РФ №2373001, В09 В 3/00, опуб. 20.11.2009 г., Бюл. №32.
(прототип)
3. Изобретение РФ №2425172, С22С 38/6, опуб. 27.07.2011 г., Бюл. №21.
4. Изобретение РФ №2403229, С04 В 35/12, опуб. 10.11.2010 г., Бюл. 31.
5. Изобретение РФ №2346756, В05 В 7/08, опуб. 20.02.2009 г., Бюл. №5.
6. Полезная модель РФ №12053, В05 В 17/00, опуб. 16.121999 г.
7. Изобретение РФ №2377468, F23D 1/00, опуб. 27.12.2009 г., Бюл. №36.
8. Полезная модель РФ №104925, B23G 23/44, опуб. 27.05.2011 г., Бюль. №15.
9. Изобретение РФ №2340531, B65G 33/00, опуб. 10.12.2008 г., Бюль. №34.
10. Изобретение РФ №2139146, ВОЗС 3/45, опуб. 10.10.1999 г.
11. Изобретение РФ №2102667, F27B 7/00, опуб. 20.01.1998 г.