УТИЛИЗАЦИОННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР
WASTE-HEAT ENERGY CENTRE

Изобретение относится к устройствам для утилизации бытовых и производственных отходов и их переработки с целью получения тепловой и электрической энергии в местах, имеющих дефицит свободных площадей под застройку (жилые кварталы, транспортно-пересадочные узлы (ТПУ), крупные офисные центры мегаполисов), и представляет собой утилизационно-энергетический центр (УЭЦ), включающий сортировку поступающего сырья, компактную упаковку не перерабатываемых отходов (стекло, металл и т.п.), переработку углеродсодержащих отходов и получение тепловой и электрической энергии из продуктов переработки.
Известен комплекс по переработке и обезвреживанию отходов, содержащий участок сортировки и систему анаэробного сбраживания, который снабжен системой детоксикации отходов, соединенной с магистралью эвакуации шлама системы анаэробного сбраживания. Комплекс имеет систему электрогенерации, включающую преобразователь тепловой энергии в механическую и электрогенератор, а вход преобразователя соединен с линией отвода биогаза системы анаэробного сбраживания. Комплекс снабжен системой разделения, нейтрализации и утилизации выхлопных газов, соединенной с выхлопной линией преобразователя тепловой энергии в механическую, установкой для термической переработки отходов, соединенной с магистралями эвакуации отбросов участка сортировки, и/или системы анаэробного сбраживания, и/или системы детоксикации отходов и связанной с электрической линией электрогенератора, системой циркуляции и очистки дефеката, соединенной с линиями отвода дефеката участка сортировки и системы анаэробного сбраживания. Участок сортировки включает последовательно размещенные транспортер, грохот, движущийся стол для ручной сортировки, магнитный сепаратор, шредер и пресс. Подрешетная секция грохота соединена с повторным грохотом, выход которого соединен с аэровибросепаратором, линия отвода органических отходов которого соединена с установкой анаэробного сбраживания, а линия отвода неорганических отходов включает магнитный и электромагнитный сепараторы извлечения черных и цветных металлов (RU 13766, 2000 г.).
Недостатком данного комплекса является высокая энергоемкость процесса, а также то, что на выходе после переработки отходов отсутствуют жидкие нефтепродукты и твердое топливо (угольная пыль).
Известен способ комплексной переработки эксплуатационных судовых отходов с соответствующим устройством, в котором бытовые отходы и сухой мусор разделяют на органический субстрат, который подают в установку анаэробного сбраживания с генерацией горючего биогаза и сопутствующих продуктов: обеззараженного шлама и жидкой фазы. Сухие отходы можно без подготовки сжигать в твердотопливной топке котлоагрегата. Неперерабатываемый сухой мусор прессуют, складируют и сдают на дальнейшую переработку. Нефтесодержащие воды разделяют на обводненный нефтепродукт, который сжигают в котлоагрегате, и малозагрязненную воду, которую после доочистки и обеззараживания подают в водоем или потребителям. Сухие сжигаемые отходы и обводненные нефтепродукты сжигают в котлоагрегате, дымовые газы очищают, а водяной пар высоких параметров используют для теплоснабжения в электроэнергетических и движительных устройствах. Станция выполняется в виде самоходного или несамоходного судна, автотранспортного средства или в блок-контейнерном исполнении в виде легко транспортируемых отдельных функциональных модулей (RU 2381185, 2010 г.).
Недостатком данного технического решения является то, что в нем предлагается простое сжигание сухих органических отходов в топке без предварительной обработки отходов (что ведет к сильному загрязнению окружающей среды).
Известен способ переработки бытовых отходов с соответствующими устройствами, включающий разделение на грохоте исходного материала по фракционному составу на надрешетную и подрешетную фракции, извлечение черного и цветного металлолома из разделенных фракций и последующую переработку разделенных фракций. Разделение на грохоте по фракционному составу осуществляют в потоках горячего воздуха с одновременным просушиванием и разрыхлением отходов, последующую переработку надрешетной фракции осуществляют ручной сортировкой, а переработку подрешетной фракции осуществляют путем первоначального извлечения черных металлов, ручной сортировки для отделения бумаги, пластмассы, стеклотары, текстиля, крупного стеклобоя, консервных банок, ветоши, крупного цветного металлолома, отделения на центробежном грохоте камней, песка, щебня, дробления до фракции не более 20 мм, извлечения цветного металла, измельчения до фракции 0,07-0,1 мм, удаления частиц стекла, пластмассы, мануфактуры, бумаги и подачи их на пиролиз, компостирования оставшейся органической составляющей с получением органического удобрения и биогаза (RU 2209693, 2003 г.).
Недостатком вышеприведенного технического решения является недостаточная эффективность переработки бытовых отходов в силу того, что не перерабатываются медицинские отходы, а жидкие органические отходы не проходят обеззараживания, а выделяющийся в процессе компостирования жидкий эффлюент загрязняет почву и сточные воды.
Всем вышеприведенным аналогам присущ также один существенный недостаток - их конструкция не предусматривает комплексной защиты окружающей среды от вредного производства по переработке бытовых отходов. Кроме того, полезная модель обеспечивает более полную выработку ликвидных вторичных продуктов - жидкого печного топлива, угля, органического удобрения и биогаза.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании высокоэффективного комплекса по переработке бытовых отходов, в том числе опасных, отнесенных к III и IV классам опасности, и части медицинских отходов, которое наносило бы минимальный вред экологии окружающей среды.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении эффективности переработки бытовых отходов и повышении экологичности процесса.
Сущность изобретения заключается в достижении указанного технического результата в утилизационном энергетическом центре, который содержит модуль подготовки сырья для переработки, модуль биореактора и энергетический центр, при этом модуль подготовки сырья содержит связанную с термолизной установкой сотрировочно-доставочную линию, выполненную с возможностью разделения подлежащих переработке отходов на жидкую органическую фракцию и горючую фракцию с отсортировкой негорючего вторсырья и бытовых отходов, отнесенных к опасным, и подачи в термолизную установку горючей фракции и медицинских отходов, и подачи жидкой органической фракции в биореактор, при этом термолизная установка выполнена с возможностью отведения твердых и жидких продуктов термолиза, выход биореактора связан с входом энергетического центра, выполненного с возможностью работы на биогазе и магистральном газе, а в сортировочно-доставочной линии блок отсортировки горючей фракции с отсортировкой негорючего вторсырья и бытовых отходов, отнесенных к опасным, содержит конвейер подачи подлежащих переработке исходных бытовых отходов и связанный с ним и размещенный в герметичном прозрачном кожухе с входным и выходным люками конвейер приема твердых бытовых отходов, при этом в кожухе с одной стороны выполнены отверстия для герметичного закрепления в них перчаток, с другой - бункеры приема отсортированных твердых бытовых отходов, выполненные в виде люков с двойными дверями.
В предпочтительном варианте выполнения модуль подготовки сырья для переработки и модуль биореактора расположены под землей. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг 1 изображена схема утилизационного энергетического центра, на фиг. 2 изображен блок отсортировки горючей фракции сортировочно-доставочной линии, вид сбоку, на фиг. 3 - то же, вид сверху.
Утилизационный энергетический центр содержит модуль 1 подготовки сырья, состоящего из ТБО (твердых бытовых отходов) и пищевых отходов нежилого сектора, модуль 2 биореактора 3 и энергоцентр 4. Модуль 1 подготовки сырья содержит связанную с термолизной установкой 5 сотрировочно-доставочную линию 6, выполненную с возможностью разделения подлежащих переработке отходов на жидкую органическую фракцию, которая складывается из пищевых отходов, получаемых из ТБО, и пищевых отходов нежилого сектора, и горючую фракцию с отсортировкой негорючего вторсырья и бытовых отходов, отнесенных к опасным. Связанная с сортировочно-доставочной линией 6 линия доставки 7 предназначена для подачи в термолизную установку 5 горючей фракции и медицинских отходов. Линия доставки 8, связанная с сортировочно-доставочной линией, предназначена для подачи жидкой органической фракции в биореактор 3. Термолизная установка 5 выполнена с возможностью отведения твердых и жидких продуктов термолиза, например, на склад временного хранения 9 по линии доставки 10. Выход биореактора 3 связан с входом энергетического центра 4 по линии доставки 11 и выполнен с возможностью работы на биогазе от биореактора и магистральном газе, подводимого по линии доставки 12.
Жидкая фракция продуктов термолиза отводится по линии 13 в хранилище 14 с резервуаром 15.
Доставка подлежащих переработке отходов, в том числе медицинских, в модуль 1 подготовки сырья осуществляется через входные ворота 16.
Энергетический центр 4 строится на базе блок-модулей ГПА (газопоршневых агрегатов), котлов утилизаторов тепла и холодильной машины (на схеме не показаны) и системы автоматического управления. Блок-модули ГПА состоят из двигателя внутреннего сгорания, где происходит преобразование энергии газового топлива в механическую и тепловую энергию, и генератора постоянного или переменного тока, который превращает механическую энергию в электрическую. Получаемая электроэнергия может быть использована на собственные нужды утилизационного энергетического центра или направлена потребителю. Тепловая энергия, в первую очередь, используется в биореакторе и термолизной установке, но излишки ее также могут быть переданы сторонним потребителям. Модуль холодильной машины вырабатывает холод, необходимый для поддержания низкой температуры (не более 15 град. C) в помещении модуля 1 подготовки сырья.
Биогазовый реактор 3 содержит блок подготовки исходного сырья, последовательно связанную с ним емкость для ацидогенной обработки субстрата, последовательно связанный с ней ферментер, последовательно связанный с ним выходной коллектор, последовательно связанный с ним сепарационный блок, блок отделения аммония из жидкой фракции, блок очистки и хранения биогаза (опционно) и блок управления (на чертеже не показан). Ферментер выполнен из композитных материалов и имеет форму трубы большого диаметра с тепловой рубашкой, связанной с выходом по теплу энергетического блока и с внутренними трубами для барботажа.
Выход энергетического центра связан с тепловой рубашкой биореактора линией доставки 17.
Модуль 1 подготовки сырья и модуль 2 биогазового реактора могут быть расположены или на земле или под землей, при этом под землей они могут быть расположены на одном или двух уровнях, но обязательно в отдельных помещениях.
Энергетический центр 4 расположен на земле.
В сортировочно-доставочной линии блок отсортировки горючей фракции с отсортировкой негорючего вторсырья и бытовых отходов, отнесенных к опасным, содержит конвейер 18 подачи исходных бытовых отходов и связанный с ним конвейер 19 приема твердых бытовых отходов (далее ТБО), на который ТБО попадают из приемного бункера 20. Конвейер 19 приема твердых бытовых отходов размещен в герметичном кожухе 21, в котором по ходу движения ленты конвейера 19 выполнены входной 22 и выходной 23 люки. Входной люк 22 предназначен для подачи на ленту конвейера 19 исходных бытовых отходов (пластик, металлы черные и цветные, макулатура, стекло), выходной люк 23 предназначен для выхода с сортировочной линии хвостов сортировки и размещения их в бункере 24. Хвосты сортировки - это отходы, не содержащие ценных компонентов, которые отсортированы в зоне герметичного кожуха 21. Вдоль ленты конвейера 19 в герметичном кожухе 21 с одной стороны выполнены отверстия 25 для герметичного закрепления в них перчаток (не показаны), с другой - бункеры 26 приема отсортированных твердых бытовых отходов, выполненные в виде люков с двойными дверями. Люк с двойными дверями образует тамбур для отсортированного вида ТБО и может быть выполнен с различным поджатием верхней и нижней дверей (например, открытие верхней, обращенной к кожуху двери, рассчитано на вес 100 г, открытие нижней - на вес 1000 г).
Кожух 21 выполнен из светопоглощающего, экологически чистого и прочного материала. Отверстия для перчаток выполнены с диаметром, соответствующим средствам крепления перчаток, и расположены на высоте от пола - 1141 см (в соответствии с антропологическими характеристиками среднестатистического оператора), между отверстиями - расстояние 536 см, расстояние между позициями операторов - 997 см. Перед линией движения конвейера 19 могут быть предусмотрены сидения для операторов. При работе на сортировочной линии перчатки должны быть выполнены со следующими характеристиками:
- выполнены из водонепроницаемого материала;
- рабочая поверхность должна быть шероховатой;
- концы пальцев перчаток должны быть жесткими и острыми в виде «когтей»;
- перчатки должны быть с жестким остовом;
- у основания перчаток должны быть крепления, которые будут герметично присоединятся к корпусу кожуха, при этом легко заменяться при необходимости;
- длина перчаток должна быть такой, чтобы не препятствовать извлечению вторсырья.
Утилизационный энергетический центр работает следующим образом.
Бытовые отходы, в том числе медицинские, поступают в модуль 1 подготовки исходного сырья через входные ворота 16 и подаются на сортировочно-доставочную линию 6, где проходят сортировку на жидкую органическую фракцию и горючую фракцию с отсортировкой вторсырья и бытовых отходов, отнесенных к опасным, с последующей транспортировкой селективно отобранных отходов шнековыми и ленточными транспортерами (на чертеже не показано) на участки дальнейшей переработки: измельчители (на чертеже не показано), биогазовый реактор 3, термолизную установку 5, пресс для компактирования негорючего вторсырья (на чертеже не показано), специальные контейнеры для упаковки ядовитых и опасных отходов (батарейки, лампы). От сортировочно-доставочной линии 6 в термолизную установку 5 доставляют горючую фракцию и медицинские отходы. Жидкая органическая фракция от сортировочно-доставочной линии доставляется в биореактор 3
Получаемые в процессе термолиза твердые и жидкие продукты отводятся на склады временного хранения 9 по линии доставки 10 для твердых отходов термолиза в виде компактно упакованной угольной пыли (пирокарбона) и резервуар 15 для жидких отходов.
Поступившая в биореактор 3 жидкая органическая фракция в результате метаногенеза перерабатывается в биогаз, который подается в энергетический центр, и высокоэффективное органическое удобрение, которое компактируется и отправляется на склад временного хранения 9.
Твердые бытовые отходы (ТБО), подлежащие сортировке в блоке отсортировки горючей фракции с отсортировкой негорючего вторсырья и бытовых отходов, отнесенных к опасным, помещают в приемный бункер 20, откуда они по конвейеру 18 через входной люк 22 поступают на конвейер 19, где с помощью операторов происходит ручная сортировка по внешнему виду составляющих ТБО на пластик, стекло, черные металлы, цветные металлы, макулатура. Каждый из операторов отбирает один из видов отходов и направляет его в бункер 26 приема отходов, откуда каждый из видов вторсырья направляется в место сбора (линия подачи отсортированных ТБО до места сбора не показана). Хвосты сортировки, т.е. отходы, не содержащие вторсырья, через выходной люк 23 поступают в бункер 24.
На руки операторов надеты перчатки, которые изолируют оператора от ТБО.
Конвейер сортировки является тихоходным, скорость движения ленты конвейера обеспечивает более полное извлечение вторсырья.
В зоне работы операторов созданы условия повышенного комфорта, а именно усиленная вентиляция и воздухоочистка (не показаны).
Расположение линии сортировки в герметичном кожухе, работа оператора в перчатках, наличие люка приемки тамбурного типа обеспечивает отсутствие непосредственного контакта с отходами, что однозначно приводит к повышению экологичности и безопасности.
В результате обеспечения переработки большого спектра бытовых отходов, расположения утилизационного энергетического комплекса под землей, получения ликвидного продукта в виде пирокарбона, жидких фракций после термолиза, высокоэффективного органического удобрения повышается эффективность процесса переработки и обеспечивается экологичность процесса утилизации и выработки электроэнергии и тепла.