УСТАНОВКА ДЛЯ ОГНЕВОЙ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ
UNIT FOR FIRE DISPOSAL OF WASTE

Изобретение относится к переработке отходов и может быть использовано для утилизации путем сжигания любых отходов повышенной влажности, включая, но не ограничиваясь отходами, образующимися:
- при содержании домашних животных и птицы,
- при обогащении и/или добыче твердых ископаемых топлив органического происхождения (торф, уголь),
- в лесной и деревообрабатывающей промышленности.
На предприятиях аграрно-промышленного комплекса ежегодно образуются миллионы тонн (около 4 млн. тонн только в птицеводческой отрасли) отходов в виде подстилки (опилок, соломы) с пометом/навозом, подлежащие утилизации. В процессе выращивания бройлера путем напольного содержания образуется так называемая пометно-подстилочная масса. Из-за нестабильности своего состава, липкости и влажности отходы от содержания домашних животных и птицы являются одним из самых проблематичных типов отходов, пригодных для огневой утилизации.
При обогащении угля (более 200 млн.тонн в 2020г.) образуются отходы в виде угольных шламов (смесь угля с водой) в объеме около 2,5% или более 5 млн. тонн в год, в частности, в зависимости от технологической схемы производства образуются отходы в виде частиц размером 0-0,3 мм с влажностью до 80% и зольностью до 60%. Россия обладает 60% мировых запасов торфа. На топливо тратится всего лишь 30% мирового запаса торфа, остальные 70% применяются для садоводства и сельского хозяйства. В 2018 году в России было добыто около 1,3 млн. тонн торфа. Также образуются отходы как мелких 0-0,5 мм частиц, так и крупных размером в несколько сантиметров кусков торфа влажностью до 80% и зольностью до 60%. Из-за высокой зольности и влажности отходы угольного обогащения в виде угольной пульпы (низкоэнергетическая смесь воды и угля, минеральных примесей пустой породы) также сложны для сжигания либо другой утилизации и как правило, сбрасываются в отстойники, накапливаясь десятилетиями.
3
3
3
Ежегодно в России заготавливается около 500 млн. м древесины и около 30% уходит в отходы. При лесопилении только 60% уходит в готовую продукцию, остальное - отходы, из которых только около 65% используется, остальное уходит в отвалы и подлежит утилизации. Таким образом, в отходы, подлежащие утилизации, уходит около 150 млн. м при лесозаготовке и 50 млн. м при дальнейшей обработке. Отходы, образующиеся в лесной и деревообрабатывающей промышленности, представляют собой стружку, опилки, кору различного размера - от опилок с размером частиц около 1 мм до щепы, кусков коры размером в нескольких сантиметров до веток и тонкомерной древесины диаметром до 15 см, влажностью до 80%.
Одним из простых и эффективных методов утилизации данного типа отходов является их сжигание. Однако вследствие того, что такие отходы представляют собой сыпучую массу разной степени влажности, их сжигание сопровождается рядом проблем.
Из патента РФ 2538566 С1 известен котел для утилизации органических отходов, в частности птичьего помета, который представляет собой топочную камеру, разделенную на верхнюю вихревую часть с по меньшей мере одним окном выгрузки птичьего помета и дутьевыми соплами вторичного воздуха и нижнюю слоевую часть, оборудованную средствами организации полугазогенерационного процесса сжигания в перемешиваемой кипе, содержащей слой раскаленного инертного кокса. В нижней слоевой части топочной камеры расположена колосниковая решетка, на которой снизу вверх размещены слои кипы: зона охлаждения, грануляции и выгрузки золы, в которой перемещается шурующая планка; окислительная зона выгорания кокса; восстановительная зона; зона инертного кокса; зона сушки и выделения летучих. В колосниковой решетке расположены дутьевые сопла первичного воздуха. В самом верху топочной камеры встроены сопловые насадки, через которые в котел вдувается вторичный воздух, образующий вихревую зону горения. С верхней вихревой частью топочной камеры связана радиационная камера. Стены топочной камеры и радиационной камеры экранированы трубами циркуляционного контура котельной установки.
Птичий помет подается в верхнюю вихревую части топочной камеры и подсушивается при движении под действием силы тяжести. В нижней слоевой части топочной камеры организуется процесс сжигания в перемешиваемой кипе, содержащей слой раскаленного инертного кокса с последующим дожиганием генераторного газа и летучих в верхней вихревой части топочной камеры. При этом в вихревую часть топочной камеры вдуваются струи подогретого вторичного воздуха, направленные навстречу друг другу. В нижнюю слоевую часть топочной камеры подают подогретый первичный воздух. Упомянутую кипу перемешивают шурующей планкой. Уходящие газы из топочной камеры попадают в радиационную камеру.
Известный котел обеспечивает предварительную подсушку топлива в слое до влажности, соответствующей условиям ведения топочного процесса; термическое разложение в топочной камере вредных и зловонных газов, таких как аммиак, сероводород, меркаптаны, во избежание их попадания в составе дымовых газов в окружающую среду; исключение возможности зашлаковывания колосниковой решетки топки и теплообменных поверхностей трубного пучка котла; улавливание мелкофракционных частиц зольного остатка и недогоревших частиц топлива, уносимых топочными газами, до их попадания в газоходы теплообменных поверхностей котельного агрегата.
Несмотря на указанные преимущества этот котел имеет и недостатки, а именно
- степень подсушки исходной пометно-подстилочной массы никак не регулируется перед подачей в топочную зону, что влечет за собой переполнение установки, остановку процесса горения, ухудшение качества сжигания (недожиг сырья) в установке;
- дороговизна (расходы на вентиляторы и электроэнергию) и сложность организации и контроля вихревого процесса в топочной камере при эксплуатации на производстве персоналом, что приведет к снижению производительности или к невозможности работы при повышенной влажности сырья, больших размерах частиц сырья или повышенной липкости сырья;
- дополнительная масса инертного кокса приводит к повышенной массе агрегата и, соответственно, повышенным требованиям к фундаменту, что ведет к повышенным затратам на весь проект.
Шурующая планка эксплуатируется при высоких температурах и поэтому имеет недолговечный жизненный цикл, так как при расширении металла от нагрева и сужении при охлаждении планка неизменно меняет свою геометрическую форму. Задача планки состоит в обратно-поступательных движениях, заставляющих перемешивать кипу сырья. При этом существуют риски заклинивания шурующей планки, появления перекосов, выведения из строя вспомогательных узлов шурующей планки, обеспечивающих ее горизонтальное движение.
Из патента RU 2576545 C1 известна также установка для сжигания подстилочно-пометной массы, которая включает топку с теплообменными поверхностями, расположенную в топке колосниковую решетку с каналами для подачи первичного воздуха и охлаждаемой шурующей планкой, устройство подачи вторичного воздуха и устройство гравитационной подачи помета, представляющее собой наклонную трубу. Топка выполнена двухкамерной за счет пережимов теплообменных поверхностей, а для создания спиралеобразного завихрения потоков в плоскостях упомянутых пережимов установлены фурмы со смещенными осями, обеспечивающие полный дожег вынесенных коксовых остатков и летучих газов. Для предотвращения подсоса холодного воздуха в устройстве для подачи помета выполнен шлюзовой питатель. Установленная в верхней части топливной трубы форсунка завихряет поток горячего воздуха и обеспечивает подсушку вводимых отходов, а также факельное горение мелких пылевидных частиц и парусной соломы в скоростной нижней камере сжигания.
Конструкция установки обеспечивает турбулентно-вихревой характер движения газов в топке, приводящий к обеспечению предварительной подсушки отходов и эффективному их сжиганию.
По сравнению с описанным выше котлом, в данной установке предусмотрено отдельное устройство гравитационной подачи помета, в котором осуществляется его предварительное подсушивание, но и эта установка не обеспечивает регулируемую сушку исходного сырья в достаточной степени. Кроме этого, упомянутые недостатки конструкции, связанные с наличием шурующей планки, также не устранены. Дороговизна (расходы на вентиляторы и электроэнергию) и сложность организации и контроля вихревого процесса в топочной камере при эксплуатации на производстве персоналом приведет к снижению производительности и даже к невозможности работы при повышенной влажности сырья, больших размерах частиц сырья и повышенной липкости сырья.
Указанные недостатки не позволят стабильно работать с имеющимся разнообразием параметров входящего сырья (влажность, размер, липкость), что также повлечет за собой переполнение установки, остановку процесса горения, ухудшение качества сжигания (недожиг сырья) в установке.
Для подсушки сырья, которая обеспечивается благодаря его центральной подачи с горячим воздухом, необходимо время, и просто вдувание сырья с горячим воздухом не обеспечит необходимое подсушивание и тем более какое-либо регулирование этого процесса в необходимом диапазоне, поскольку на сушку может уходить неопределенное время до нескольких десятков минут.
Скорость подачи воздуха может не совпадать с временем сжигания сырья, зависящего от его влажности. В известной установке можно увидеть, что сколько сырья поступило в дутьевую трубу на единицу времени, столько и, возможно единовременно, подалось в печь, что может привести засыпанию и снижению температуры, а также образованию тлеющей корки. Не всегда шурующая планка будет в силах справиться с завалами. Соответственно, стабильная работа не будет обеспечена. Описанные выше недостатки шурующей планки здесь также не устранены.
Исходя из известного уровня техники задачей заявленного изобретения является обеспечение регулируемого процесса сушки сжигаемых отходов в зависимости от их исходных свойств (размера частиц, их состава, влажности, липкости) и организации стабильного управляемого процесса сжигания с минимальными энергозатратами, а также упрощение технического уровня производства узлов установки и процесса эксплуатации и соблюдении технологических режимов персоналом.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в обеспечении стабильной работы установки на всем разнообразии возможных параметров сырья (влажность, размер частиц, липкость, состав), а также стабильности процессов сушки и горения, в упрощении конструкции установки, в исключении подвижных узлов, работающих при высоких температурах, в простоте обслуживания, а также в достижении практически полного использования высвобождающейся энергии горения и отсутствии необходимости использования дополнительного топлива для полного сжигания сырья.
Указанный технический результат достигается за счет того, что установка для огневой утилизации отходов содержит сушилку, имеющую сушильную камеру, впускное отверстие для ввода сырых отходов в сушильную камеру и выпускное отверстие для вывода из нее подвергнутых сушке отходов; печь, имеющую топку с колосниковой решеткой, ввод для подвергнутых сушке отходов, средство подачи воздуха, газоход для отвода продуктов сгорания и средство предварительного разогрева колосниковой решетки печи до ее рабочей температуры; при этом выпускное отверстие сушилки соединено с вводом печи для подвергнутых сушке отходов; газоход печи выполнен с возможностью теплообмена с находящимися в сушилке отходами путем прохождения уходящих из печи газов через сушилку и непосредственного контакта газов с отходами; ввод для сухих отходов в печь выполнен с возможностью непрерывной подачи отходов на колосниковую решетку и поддержания ее рабочей температуры; и колосниковая решетка выполнена в виде блока пластин с вертикальными и горизонтальными зазорами для распределения отходов по высоте колосниковой решетки.
Проведение процесса сушки в отдельном устройстве обеспечивает регулируемую сушку сырых отходов до заданной влажности, оптимальной для проведения полного сжигания отходов. Для этого сушилка имеет сушильную камеру, впускное отверстие для ввода сырых отходов в сушильную камеру и выпускное отверстие для вывода из нее подвергнутых сушке отходов. Регулирование процесса удаления избыточной влаги достигается изменением скорости подачи сырья в сушильную камеру, изменением количества подаваемых в сушилку горячих газов, времени нахождения сырья в сушилке, а также путем варьирования параметрами самой сушилки.
Печь, в которой непосредственно осуществляется процесс сжигания отходов, имеет топку с колосниковой решеткой, ввод для подвергнутых сушке отходов, средство подачи воздуха, газоход для отвода продуктов сгорания и средство предварительного разогрева колосниковой решетки печи до ее рабочей температуры.
За счет отсутствия подвижных элементов, в частности, шурующей планки, отпадает необходимость в дополнительном оборудовании, обеспечивающем их движение, а именно, в электродвигателе, передаче привода и т.д.
Сушилка и печь соединены между собой в единую установку, а именно выпускное отверстие сушилки соединено с вводом печи для подвергнутых сушке отходов, а газоход печи выполнен с возможностью теплообмена с находящимися в сушилке отходами. Таким образом, подвергнутые сушке отходы из сушилки подаются в печь, а отходящие из печи газы служат для сушки сырых отходов в сушилке. Процесс передачи тепла сырью осуществляется посредством движения встречных потоков топочных газов. Данный процесс является одним из самых эффективных способов передачи тепловой энергии.
Сжигание сухих отходов проводится на разогретой до рабочей температуры колосниковой решетке. Колосниковая решетка представляет собой блок пластинчатых решеток с вертикальными и горизонтальными зазорами, проходя через которые сырье имеет максимальную площадь соприкосновения с раскаленной рабочей поверхностью решетки, что способствует как его возгоранию, так и прогоранию, а также обеспечивает полное сгорание отходов. Подвергнутые сушке отходы гравитационно подаются на распределительный узел, выполненный, например, в виде пластины, через которую равномерно распределяются по всей площади колосниковых решеток, заполняя все уровни. Исходя из влажности поступаемых отходов выбираются технологические режимы работы установки для максимального ее использования и увеличения ее КПД. Таким образом на колосниковой решетке создается заданная последовательность передачи горения между частичками сырья, а именно, при непрерывной равномерной подаче сырья под действием гравитации более плотные частицы, падающие с верху на горящий слой частиц на пластинах, выталкивают менее плотные и прогоревшие.
Предложенная установка может быть использована для отходов любых, указанных выше типов, поскольку автогенное (самоподдерживающееся) горение отходов обеспечивается набором условий, отраженных в треугольнике Таннера, который предложил для определения границ автогенного горения использовать схему-треугольник, описывающую область горения органического вещества без дополнительного подвода тепла (см. В.А. Козлов, В. Гарбер «Сжигание высокозольных шламов, как путь к безотходной технологии обогащения углей». Журнал «Уголь», 2017, № 8, стр. 140-145), а именно сочетание зольности, влажности и количества углерода в исходном сырье. Данные условия выполнены для упомянутых отходов, и теплоты, выделяемой при горении, будет достаточно для сушки следующей порции топлива и процесс будет самоподдерживающимся.
В частных случаях осуществления изобретения заявленная установка для огневой утилизации отходов может характеризоваться выполнением ранее описанных конструктивных элементов и/или наличием дополнительных.
Так, сушка сырого сырья может быть осуществлена в любом аппарате, обеспечивающем теплообмен - непосредственный или опосредованный - между отходящими из печи газами и сырыми отходами. Для целей настоящего изобретения подходят, в частности, туннельные (коридорные) сушилки, сушилки с кипящим слоем, ленточные сушилки. Однако предпочтительным устройством для сушки сырых отходов является барабанная сушилка.
Барабанная сушилка имеет цилиндрическую сушильную камеру, установленную с возможностью вращения относительно своей продольной оси, в том числе может быть установлена на роликовых опорах. Внутри сушилки могут быть размещены лопасти, обеспечивающие перемешивание и пересыпание материала от впускного отверстия, через которое осуществляется ввод сырых отходов в сушильную камеру, до выпускного отверстия для вывода из нее подвергнутых сушке отходов. Также внутри могут быть установлены скребки для очистки внутренней поверхности от прилипающего сырья. Если барабан сушилки опирается на внешние ролики, скребки могут быть закреплены неподвижно относительно фундамента, при этом опоры скребков выведены через торцы сушилки. Также внутреннюю часть сушилки можно доукомплектовать подвесным измельчительным устройством, выполненным в виде шаров, цепей и т.д.
Барабанная сушилка обеспечивает дополнительное регулирование процесса сушки путем изменения скорости вращения барабана и угла его наклона, что позволяет изменять время нахождения сырья в сушилке и производительность.
Процесс управления сушкой реализуется, в частности, следующим образом. Для обеспечения заданной конечной влажности сырья, имеющего начальную повышенную влажность, снижают скорость подачи такого сырья в сушилку путем снижения скорости привода подающих транспортеров с помощью частотного преобразователя и увеличивают скорость вращения барабанной сушилки. Угол наклона сушилки при этом уменьшается. В результате время нахождения сырья в сушилке увеличивается. Меньший объем сырья чаще переворачивается в барабанной сушилке, таким образом увеличивается количество теплоты, передаваемое сырью от горячих газов, проходящих через сушилку. От непосредственного контакта горячего металла корпуса сушилки с сырьем происходит большее испарение влаги.
Снаружи барабан имеет бандаж, которым он опирается на упорные ролики. Расстояние между роликами можно менять и таким образом, регулировать угол наклона барабана от 0 до 40 градусов. Вращение барабана осуществляется электрическим приводом с частотным преобразователем для регулирования скорости вращения барабана в диапазоне от 1 до 60 об/мин. Угол наклона барабана и скорость его вращения регулируются зависимости от исходной и/или конечной влажности сырья и необходимой производительности установки.
Сушилка соединена с газоходом печи со стороны выпускного отверстия для вывода подвергнутых сушке отходов. Уходящие из печи газы проходят через сушилку навстречу перемещающимся внутри сушилки сырым отходам, т.е. в режиме противотока, и непосредственно контактируют с ними.
Отходящие из печи газы могут также содержать несгоревшие частицы, которые оседают на поверхности подвергаемых сушке отходов и тем самым возвращаются в процесс сжигания. Таким образом, имеет место не только более полное использование тепла сжигаемых отходов, но и дополнительная очистка отходящих из печи газов.
Для сбора и хранения сырых отходов может использоваться накопительный бункер. Таким образом, оптимизируется подвоз отходов и обеспечивается бесперебойная работа установки. Доставка сырья в бункер осуществляется грузовым автотранспортом.
В зависимости от типа исходного сырья могут быть проведены дополнительные работы по его подготовке. Например, отходы обогащения и/или добычи торфа и угля могут иметь влажность более 50%. В этом случае необходимо предварительное их сгущение и предварительное удаление влаги до 50% содержания (например, путем вылеживания для стекания избыточной влаги), либо подмешивание к более сухим фракциям. При необходимости сырые отходы могут быть отсепарированы (от камня, металла и других посторонних включений), измельчены в соответствующем измельчителе сырых отходов до размера частиц не более 5 мм, желательно 1-2 мм, и затем направлены в бункер сушилки. Для отделения упомянутых включений может быть использован, например, ситовой сепаратор, содержащий наклонное вращающееся барабанное сито с заданным диаметром ячейки, в котором сырье посредством гравитационного падения дробится и сортируется или, соответственно, сепарируется, делясь по размеру согласно размеру ячейки барабанного сита, при этом мелкие фрагменты просыпаются сквозь сита сепаратора и готовы к дальнейшей переработке, а крупные частицы могут подаваться в измельчитель. В качестве измельчителя, пригодного для использования в предложенной установке, может быть использована, например, двухвальная дробилка с вращающимися навстречу друг другу и установленными на валах ножами. Упомянутые устройства соединены между собой транспортерами для непрерывной или периодической подачи сырья.
С помощью соответствующего транспортера также может осуществляться подача подвергнутых сушке отходов в печь.
Каждый из упомянутых транспортеров имеет узел регулирования скорости, выполненный в виде частотного преобразователя, с помощью которого задается необходимая скорость подачи сырья между конструктивными элементами установки, которые он соединяет.
Сушилка снабжена загрузочной камерой для ввода в сушильную камеру сырых отходов через впускное отверстие. Загрузочная камера сушилки соединена с бункером хранения отходов при помощи транспортера непрерывной подачи. Сушилка снабжена разгрузочной камерой для вывода из сушильной камеры сухих отходов через выпускное отверстие.
Ввод для подвергнутых сушке отходов в печь расположен в верхней ее части и выполнен, в частности, в виде трубы. Газоход печи также выполнен в виде трубы. Таким образом, в верхней части печи расположены две вертикальные трубы - труба ввода отходов в печь и труба газохода. По одной из труб поступает продукт из сушилки, а по другой уходят горячие топочные газы для подачи в сушилку. Для снижения уноса частиц продукта в трубу газохода упомянутые трубы разделены между собой вертикальной пластиной. Ширина этой пластины выбирается таким образом, что потоки упомянутых труб не смешиваются, но при этом пластина не упирается вертикальными боковыми краями в стены печи, так что топочные газы внутри печи могут двигаться, свободно огибая пластину. Таким образом предотвращается захват частиц продукта в процессе их подачи в печь для сжигания потоком отходящих газов и их вынос в сушилку. При необходимости в верхней части печи перед трубой газохода дополнительно может быть установлена горизонтальная пластина, служащая для предотвращения попадания частиц отходов с колосниковой решетки.
Газоход печи снабжен средством регулирования количества отводимых из печи продуктов сгорания, выполненным в виде клапана-регулятора поворотного типа. Упомянутый клапан представляет собой, например, металлический сегмент, приваренный к ручке-регулятору.
Для предварительного разогрева колосниковой решетки печи до ее рабочей температуры может использоваться твердое топливо, укладываемое в зольном отделении, например, в виде дров, угля и т.д. Также колосниковую решетку можно разогреть при помощи форсунки для сжигания жидкого топлива, например, мазута, или горелки для сжигания газообразного топлива, например, пропана. Горелки или, соответственно, форсунки расположены внутри печи по ее периметру. Для подачи жидкого или газообразного топлива может быть предусмотрена внешняя топливная система.
Для сбора несгоревших частиц отходов и золы в нижней части печи может быть предусмотрен зольник. Для удаления остающейся в печи золы из зольника печь может быть снабжена механизированной системой для удаления остающейся в печи золы из зольника печи, выполненной в виде шнекового или скребкового транспортера либо вибрационного скребка.
Необходимый для сжигания отходов воздух может подаваться через воздухозаборники, расположенные в нижней части печи.
Печь также может быть снабжена системой воздушных сопел, расположенных вокруг колосниковой решетки по внутреннему периметру печи и соединенных пневмопроводом с воздушным компрессором и ресивером. Упомянутая система сопел снабжена средствами управления подачи сжатого воздуха.
Подаваемый через сопла сжатый воздух выполняет как минимум три функции. Во-первых, для очистки колосниковой решетки и перемещение частиц сырья. Во-вторых, для поддержания активного горения посредством увеличения объема воздуха в топочной камере. И в-третьих, для организации движения горячих потоков и завихрений с целью воспламенения обугленного слоя и тем самым уменьшения времени на сгорание партии сырья.
Сопла соединены через электромагнитные клапаны с компрессором и системой накопления воздуха (ресивером). Электромагнитные клапаны управляются через контроллер по заданной программе, позволяющей включать и выключать нужное сопло, тем самым выбирая время действия струи воздуха из нужного сопла. Сдувая частицы на следующий нижний уровень колосниковой решетки чаще или реже, можно тем самым выбирать время нахождения частиц в камере сгорания и управлять процессом горения.
Периодическая очистка колосниковой решетки (путем продувания воздухом через боковые сопла) от находящихся на них частиц создает завихрения и позволяет быстро сжечь легкие частицы во всем объеме топки, и одновременно передвигает более тяжелые частицы на нижние уровни колосников. Таким образом, частицы могут находиться заданное время в топке, передвигаясь с верхних уровней колосников на нижние, за счет чего достигается полное сжигание частиц.
Кроме этого, струи воздуха могут быть использованы для поднятия температуры в печи на стадии разогрева печи, а также для поддержания температурного режима в процессе работы печи.
Для технического обслуживания печи она может быть снабжена технологическими дверцами для уборки золы и пепла, закладки твердого топлива и вынимания колосниковой решетки.
Установка при необходимости может быть соединена с теплообменным оборудованием, позволяющим получать пар и горячую воду, для чего могут быть предусмотрены расположенные внутри или снаружи печи либо газохода теплообменники.
При необходимости установка может быть соединена со средствами многоступенчатой очистки газов после выхода из сушилки и из печи. Первая ступень очистки представляет собой систему отделения твердых частиц разряжением потока уходящих газов за счет диаметрального перепада. Таким образом часть твердых частиц осаждается в буферном дифузоре, а очищенный от взвеси топочный газ поступает на вторую ступень - на мокрый скруббер или другие комбинации известных способов очистки - циклон или труба Вентури для удаления крупных частиц, сетка с разным размером отверстий, угольный фильтр и т.д.
Установка может быть соединена с системой возврата газов после выхода из сушилки и печи на дожигание в печь, служащей для очистки газов перед выбросом в атмосферу. Газы после выхода из сушилки либо после выхода из печи и перед выбросом в атмосферу частично отбираются дымососом и направляются в нижнюю часть печи совместно с воздухом для горения. Таким образом обеспечивается дожигание несгоревших частиц.
При необходимости в установку можно подключить две и более работающих параллельно печи и/или две и более сушилки. При этом сушилки могут быть подключены последовательно (чтобы увеличить время сушки) либо параллельно (чтобы увеличить производительность сушки).
Также установка может быть выполнена в контейнерном и мобильном исполнении. При контейнерном исполнении аппаратура, приборы, устройства и оборудование компонуются в единой несущей конструкции (один или более модулей) в рабочем положении и с готовностью для начала работы, для удобства перемещения и быстрого развертывания на производстве и изготавливаются по самостоятельным технологическим условиям. За счет этого имеются широкие возможности в плане увеличения мощности путем добавления модуля/модулей и не требуется дополнительная строительная подготовка для монтажа на объекте. Также это делает установку пригодной к перевозкам за счет компактности и транспортировки без специальных разрешений согласно принятых норм провозки грузов по дорогам РФ. При мобильном исполнении установка располагается на подвижной/подвижных (например, колесных) платформе/платформах и может транспортироваться, и эксплуатироваться на таких платформах без подготовки фундаментов или специальных площадок, с целью кратковременного решения задач по уничтожению небольшого количества отходов на местах их скопления.
Стенки печи могут быть выполнены из металлических пластин, соединенных таким образом, что при нагревании под воздействием теплового расширения они меняют свои линейные размеры, не нарушая при этом герметичности корпуса печи и не деформируясь. При соединении металлических листов (составляющих стенки, крышку или дно печи) между собой и/или при креплении их к несущему каркасу печи, предусматривается нежесткое соединение. Отверстие в листе/элементе печи для его крепления выполняется с большим диаметром, чем диаметр болта/шпильки/шурупа. Также стенка печи может быть выполнена из несвязанных жестко между собой листов металла, расположенных внахлест, когда каждая следующая пластина перекрывает часть предыдущей, чтобы дать листам возможность двигаться при тепловом расширении относительно друг друга, но при этом минимизировать прохождение газов через зазоры, закрывая полностью каркас конструкции печи по всему внутреннему периметру. Так же и сами конструкционные элементы печи могут быть прикреплены друг к другу таким же нежестким образом, описанным выше.
При необходимости печь может быть выполнена из неметаллических огнестойких материалов, например, из шамота в виде бетона, футеровочного кирпича и т.д.
Печь также может быть выполнена в форме вертикально расположенной трубы большого диаметра.
Предложенная установка для огневой утилизации отходов поясняется чертежами, на которых показано:
Фиг. 1 - технологическая схема сжигания отходов;
Фиг. 2 - печь для сжигания отходов.
На фиг. 1 представлен по существу полный цикл сжигания отходов. Основными компонентами предлагаемой установки для огневой утилизации отходов являются сушилка 6 и печь 8.
Сушилка 6 барабанного типа представляет собой цилиндр длиной от 2 до 10 метров и диаметром d=от 0,4 м до 2 м. Она опирается на ролики через бандаж. Чтобы барабан не скользил, бандаж ужимается упорными роликами. С одной стороны барабана пристраивается загрузочная камера, а с другой - выгрузочная камера, под которой находится печь.
Барабанная сушилка может быть расположена под углом от 0 до 40 градусов, который с помощью средства 16 для изменения угла наклона меняется в зависимости от влажности сырья. Так же в зависимости от этого с помощью средства 19 изменения скорости вращения может меняться и скорость вращения барабана. Барабанная сушилка имеет для этого электрический привод с частотным преобразователем с диапазоном регулирования от 1 до 60 об/мин. Сырые отходы подаются в сушилку через загрузочный бункер 4, снабженный средством 5 регулирования расхода.
Для перемешивания и пересыпания материала на части внутренней поверхности барабанной сушилки, начиная от впускного отверстия для ввода сырых отходов, размещены по меньшей мере 4 лопасти. Каждая лопасть представляет собой металлическую пластину, приваренную к внутренней поверхности сушильной камеры. При вращении сушилки эти пластины удерживают сырье до момента появления возможности гравитационного падения, таким образом сырье падает с некоторой высоты (в зависимости от диаметра трубы) и измельчается. При необходимости на части внутренней поверхности барабанной сушилки, свободной от лопастей, предусмотрены скребки, служащие для отслоения прилипшего к поверхности сушилки сырья, которые установлены неподвижно относительно вращающейся сушилки, для чего опоры скребков выведены через торцы сушилки. В зависимости от влажности и размеров исходного сырья, дополнительно к используемым лопастям могут быть использованы подвесные измельчающие средства в виде шаров, цепей и т.д., закрепленные соответственно на лопастях или непосредственно на внутренней поверхности сушилки.
Печь 8 имеет топку с колосниковой решеткой 9, ввод для подвергнутых сушке отходов в виде бункера 7, соединенный с выпускным отверстием сушилки 6, газоход 14 для отвода продуктов сгорания, соединенный с сушилкой 6, имеющий средство 13 регулирования расхода. В нижней части печи расположен зольник 10, в котором размещено средство 12 механизированного удаления золы.
Дополнительно предложенная установка может также включать в себя накопительный бункер 1 и измельчитель 2, связанные между собой транспортером 3. Также с помощью транспортера 3 сырые отходы подаются в сушилку 6. Все используемые транспортеры снабжены узлом управления скорости, выполненным в виде частотного преобразователя. С противоположной стороны с помощью дымохода 14 в сушилку 6 подают выходящие из печи продукты сгорания, а подвергнутые сушке отходы поступают из сушилки 6 в печь 8 через разгрузочный бункер 7. В печи отходы попадают на колосниковую решетку 9 и сгорают. Подробно процесс сжигания будет описан ниже.
Зола отводится из зольника 10 с помощью механизированной системы 12. Данная система может быть выполнена в виде шнекового или скребкового транспортера или в виде вибрационных скребков.
Выходящие из сушилки 6 газы могут выводиться в атмосферу с помощью дымовой трубы 17 непосредственно либо после средства 15 очистки газов. Упомянутые газы 18 могут также возвращаться в печь 8.
На фиг. 2 схематично показана печь 8, в которой осуществляется сжигание отходов. В центральной части печи 8 расположена топка с колосниковой решеткой 9. Ниже колосниковой решетки 9 расположен зольник 10 для сбора несгоревших частиц отходов и золы, в который, при необходимости, может быть установлена механизированная система 12 для удаления собранных несгоревших частиц отходов и золы из зольника. Также в нижней части печи расположены непоказанные воздухозаборники, служащие для подачи воздуха в печь. Для дополнительной подачи воздуха в печь предусмотрен также вентилятор 11 (фиг.1).
В верхней части печи (фиг.2) расположены газоход 14 для отвода продуктов сгорания и ввод 22 для подачи подвергнутых сушке отходов, выполненные в виде соответствующих труб. Упомянутые трубы разделены между собой вертикальной пластиной 21, предназначенной для предотвращения выноса подаваемых через трубу 22 отходов в газоход 14. Для задержки частиц, имеющихся в отходящих газах, дополнительно может быть установлена горизонтальная пластина.
Печь 8 (фиг.1) соединена с сушилкой 6 газоходом 14, в котором установлено средство регулирования количества отводимых из печи продуктов сгорания в виде клапана регулятора 13 поворотного типа. Подвергнутые сушке отходы непрерывно подаются из сушилки 6 через ввод печи, выполненный, в частности, в виде разгрузочного бункера 7. Скорость подачи отходов на колосниковую решетку определяется скоростью выдачи подвергнутых сушке отходов из сушилки.
Печь 8 также имеет регулируемую систему воздушных сопел 20 (фиг.2) для подачи струй воздуха на колосниковую решетку, которая работает следующим образом. Из ресивера по магистрали поступает воздух на соленоидные клапаны, по алгоритму, прописанному в контроллере, подается напряжение на определенный соленоидный клапан и заставляет его открыть в нужный момент в нужном месте печи, таким образом сопла, расположенные в печи, начинают попеременно включаться в работу.
Колосниковая решетка 9 (фиг.1) выполнена в виде блока пластин с вертикальными и горизонтальными зазорами. Поступающий на колосниковую решетку 9 материал распределяется на ее верхних слоях и в процессе сгорания, а также под действием воздушных струй системы 20 воздушных сопел, постепенно перемещается вниз.
Установка работает следующим образом.
С помощью транспортера 3 сырье, в частности пометно-подстилочная масса, подается на вход в горизонтальную барабанную сушилку 6 через загрузочный бункер 4 или горловину, выполненную в виде гравитационного наклонного лотка. Благодаря вращению барабана лопасти перемешивают и пересыпают материал, в результате распределяя его по барабану, где он и высушиваются под действием горячего воздуха с топочными газами (прямой нагрев). Подвергнутый сушке материал удаляется/ссыпается через специальную разгрузочную камеру 7 в печь 8.
В зависимости от влажности и консистенции входящего сырья подбирается скорость подачи его в сушилку 6, угол ее наклона, скорость ее вращения. При необходимости сушилка 6 оборудуется внутри скребком, очищающим внутреннюю поверхность от налипания сырья, и/или подвесным измельчающим механизмом в виде шаров, цепей и т.д. для очистки сушилки и размельчения сырья. Цель сушки - получить сырье для горения размером частиц не более 5мм и минимальной (0%-5%) влажности, чтобы ускорить процесс горения и снизить время нахождения частиц внутри топочной камеры. Затем подвергнутое сушке сырье подается в печь.
В печи последовательно проходят следующие процессы.
3
2
В случае использования твердого топлива для предварительного разогрева колосниковой решетки температура в печи 8 доводится до 100-250°C. В этой начальной стадии твердое топливо (в частности поленья, дрова) дымят особенно сильно, отдавая пар, смолу и газы, такие как угарный (CO), метан (NH) и водород (H). Под действием тяги они выходят в сушилку.
2
Затем с нижней стороны поленьев начинают вырываться вверх желтые огоньки с красными язычками. При достаточной подаче кислорода (O) температура дров поднимается сначала до 300-550°C и ее достаточно для того, чтобы огонь поддерживался и начала прогреваться внутренняя поверхность печи и пластин блока решеток.
Когда температура в топке превысит 550-600°C, воспламеняются, наконец, также и летучие дымовые газы, которые содержат примерно половину тепловой энергии. При температуре примерно 600°C они полыхают синим пламенем и разогревают до данной температуры блок решеток, состоящих из пластин. Далее начинается подача подвергнутых сушке отходов в печь 8 под действием гравитации, которые соприкасаются с раскаленной поверхностью колосниковой решетки и загораются.
В зависимости от желаемой тяги и процесса горения регулируется подача воздуха в печь через воздухозаборники, расположенные в нижней части печи, для чего открывают одно, два или более окна воздухозаборника. При интенсивном процессе горения отходов объема воздуха, подаваемого через окна воздухозаборника, может не хватать, и тогда в печь с помощью вентилятора 11 дополнительно подается воздух.
После этого на нижней стороне «горок» сырья (именно так выглядит сырье, падающее на пластины и за счет пересыпания с яруса на ярус колосниковой решетки, напоминает горки, расположенные по всей поверхности пластины) начинает образовываться уголь, который дает маленькие голубые огоньки и совсем мало дыма. Затем они распадаются на тлеющие красно-оранжевые угольки, которые содержат другую половину энергетического потенциала. При дальнейшем выгорании они превращаются сначала в черные угольки, затем в серую пеплообразную массу.
За счет использования блока пластинчатых решеток колосниковой решетки 9 создается определенная последовательность передачи горения между частичками сырья в топке, в ходе которой при равномерной подаче сырья под действием гравитации более плотные частицы, падающие с верху на горящий слой частиц на пластинах, выталкивают менее плотные и прогоревшие (пепел).
Периодическая очистка колосниковой решетки 9 путем продувания воздухом через боковые сопла системы 20 воздушных сопел от находящихся на них частиц создает завихрения и позволяет быстро сжечь легкие частицы во всем объеме топки, и одновременно передвигает более тяжелые частицы на нижние уровни решетки 9. Таким образом, частицы могут находиться в топке заданное время, передвигаясь с верхних уровней колосниковой решетки 9 на ее нижние уровни, за счет чего достигается полное сжигание частиц.
В зависимости от вида отходов и необходимого общего времени горения частиц (для достижения их полного сгорания) подбирается время, через которое будет сдуваться частицы с каждого уровня блока пластин колосниковой решетки, выбирается последовательность включения сопел. Таким образом процесс горения хорошо управляем и позволяет установке работать стабильно.
Зола, попадающая в зольник 10, удаляется либо вручную скребком, либо путем вытаскивания из зольника накопительного корыта, либо механизированным способом - скребковым либо шнековым транспортером, либо вибрационным или любым другим скребком с внешним приводом, выталкивающим золу из горячей зоны наружу для дальнейшей утилизации.