ПИРОЛИЗНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к сфере коммунального хозяйства, а более конкретно, к оборудованию для утилизации бытовых или промышленных отходов (материалов).
Известна установка для переработки твердых отходов, выполненная в виде печи (аналог описан в авторском свидетельстве СССР №1599621, F23G 5/20 1988 г.), имеющая вращающийся корпус с горелкой, входными каналами для подачи воздуха и дифференцированного распределения его по зонам горения.
Корпус этой установки, в середине, теплоизолирован путем обмуровки огнеупорным кирпичом. Установка снабжена питателем начального материала и устройством для отвода полученных продуктов.
В предварительно разогретый до рабочей температуры корпус свободно поступает неклассифицированный, но отсортированный материал. Для его сжигания подают вентиляторный воздух, организовывают дутье, направляя к местам значительного скопления отходов - под пласт.
Основным недостатком этого аналога является необходимость использования и согласования между собой достаточно большого количества контролирующих устройств параметров техпроцесса: регулирование подачи порции воздуха для сжигания и осуществление организации направленного дутья с учетом параметров загруженного в топку материала, регулирование температурного поля и др., что вызывает значительные погрешности. Кроме того, при сжигании отходов выделяются токсичные трудно утилизируемые вещества. Таким образом, установка для переработки твердых отходов в виде печи малоэффективна, технологический процесс уничтожения отходов труднорегулируемый.
Известна также пиролизная установка для термического утилизация бытовых отходов, которая содержит реактор, в его корпусе в придонной части (в углублении) расположен нагреватель, а для загрузки воздуха и отвода продуктов пиролиза предусмотрены входные отверстия (аналог описан в патенте Японии №62-213471, F23G 5/00 1987 г.).
В установке реализуется малоэффективный способ термического утилизация бытовых отходов. Параметры технологического процесса при утилизации материала (отходов) в реакторе сложно регулировать. В итоге: продолжительное время разогрева отходов, неравномерность разогрева. Бытовые отходы, находящиеся в углубленной придонной части корпуса реактора (непосредственно в зоне нагревателя), разогреваются сильнее, чем основная масса, а в узкой части - оплавляются, образовываются неоднородные куски, которые препятствуют перемещению материала и усложняют процесс терморазогрева, это отрицательно влияет на стабильность протекания пиролиза, потому что именно в зоне пиролиза осуществляется неравномерное тление и плавление материала, не все компоненты расплавляются.
Кроме того, в описанной конструкции при утилизации бытовых отходов регулируют температурное поле в реакторе путем подачи воздуха на горение. Это отрицательно влияет на окружающую среду.
Известное устройство (авторское свидетельство СССР №690247, F23К 3/00, 1977 г.) предназначено для загрузки пылеобразного топлива в камеру с противодавлением. В состав этого устройства входит приводной питатель с загрузочной камерой в виде транспортной трубы, по длине которой установлено аэрирующее устройство. Для обеспечения равномерности загрузки материала имеется бункер-питатель, который выполнен с двумя течками, под ними между входным торцом и аэрирующим устройством дополнительно установлен шнек. Шнек транспортирует материал не по всей длине устройства, поэтому в зоне аэрирующего устройства выпадают из движущегося потока крупные куски материала, которые закупоривают аэрирующее устройство, тем самым нарушается режим загрузки и работы топки.
Прототипом является пиролизная установка, описанная в патенте Украины на полезную модель №12177, F23G 5/00, С01В 53/00, 2005 г., в ней за счет осуществления низкотемпературного пиролиза устранены некоторые недостатки, присущие аналогам.
Установка содержит низкотемпературный вращающийся реактор, имеющий наклоненный трубообразный корпус и загрузочную камеру (камеру загрузки материала) со шнековым питателем и бункером-питателем. Герметизация входа осуществлена путем использования камеры-кожуха, охватывающей зону загрузки материала. Загружаемый материал предварительно проклассифицирован и отсортирован. Герметизируют камеру загрузки при помощи прессованного пробкообразного слоя материала, заполняющего ее пустоту во время беспрерывной шнековой подачи материала в корпус реактора.
Недостатком прототипа является то, что устройство рассчитано на предварительную загрузку мелких отсортированных отходов. В случае проникновения неотсортированного материала, происходит разгерметизация всей системы, в результате этого нарушается режим работы питателя и в целом реактора. В реактор поступает воздух, а в атмосферу выходят исходные пиролизные газы. Это препятствует бесперебойному плавлению компонентов, ухудшает температурную обработку материала, вызывает появление окислительных процессов, препятствует получение качественных продуктов пиролиза.
В основу полезной модели поставлена техническая задача улучшения активации процесса переработки отходов в низкотемпературном реакторе для повышения эффективности и надежности работы пиролизной установки.
Это достигается путем усовершенствования пиролизной установки, содержащей реактор, имеющий трубчатый вращающийся корпус с приемным бункером-питателем, расположенным над загрузочной камерой, приводной питатель и камеру отвода продуктов. Согласно полезной модели приводной питатель выполнен в виде дифференциального гидравлического приводного толкателя, установленного в конической камере загрузки материала (загрузочной камере). Конуса ее поверхностей к устью имеют соотношение 1:50. Толкатель имеет пару поршней, телескопически установленных между собой с возможностью взаимодействия с помощью возвратной пружины. Торцевые площади поршней выбраны из соотношения 1:4. Для возвращения поршней в начальное положение используется датчик максимального давления или концевой переключатель.
В корпусе загрузочной камеры на входе смонтировано боковое окно. Над ним установлен приемный бункер-питатель. Его днище выполнено в виде крышки-уплотнителя для загрузочной камеры.
Гидравлический привод толкателя и привод крышки-уплотнителя выполнены в виде гидроцилиндров.
В предлагаемой полезной модели процесс пиролиза активизирован, устранено влияние негативных факторов, которые имели место при загрузке материала в камеру и при подаче материала в реактор. Бункер-питатель практически не засоряется, поэтому не требуется его периодическая очистка, а постоянство герметизации конической камеры загрузки материала, уплотнение отходов с вытеснением воздуха при перемещении по ней предотвращает появление неприятных запахов и образование взрывных смесей с выделением газа за пределами пиролизного реактора. Достигнута также возможность расширения спектра отходов для переработки, повышена возможность механизации и автоматизации технологического процесса и улучшено экологическое состояние производства.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображен общий вид установки.
Пиролизная установка состоит из реактора, включающего трубчатый вращающийся корпус 1, установленный на опорах 2 с роликами 3. Реактор расположен наклонно к горизонту. В средину реактора, через приемный бункер-питатель 4 и камеру загрузки 5, подается материал (отходы любой консистенции) приводным питателем, выполненным в виде дифференциального гидравлически приводного толкателя, который имеет пару телескопических поршней 6 (внешний) и 7 (внутренний), установленных с возможностью упругого взаимодействия в камере загрузки материала 5.
Для эффективной работы устройства при перемещении материала по камере загрузки 5 пиролизного реактора, торцевые площади поршней 6 и 7 толкателя имеют зависимое друг от друга экспериментально установленное соотношение 1:4.
Внешний 6 и внутренний 7 поршни установлены с возможностью взаимодействия между собой с помощью возвратной пружины 8. Перемещение поршней 6 и 7 осуществляется с помощью гидроцилиндра 9 и регулируется с помощью датчика максимального давления или концевого переключателя, которые установлены в камере загрузки материала 5.
Камера загрузки материала 5 выполнена конической, конуса ее поверхностей выбраны экспериментально в соотношении 1:50 к ее устью, что необходимо для оптимальной загрузки материала в пиролизный реактор.
В корпусе камеры загрузки материала 5 на входе выполнено боковое окно 10, над которым установлен приемный бункер-питатель 4, днище которого образует крышку-уплотнитель 11, открывающуюся (закрывающуюся) с помощью гидроцилиндра 12.
Для регулирования скорости продвижения материала в полости наклонного корпуса 1 реактора, он установлен с возможностью осуществления плавного изменения скорости вращения. Параметры реактора, задают в зависимости от вида и объема перерабатываемых отходов.
В средине корпуса 1 реактора по периферии возле внутренней стенки установлены нагревательные трубки 13, нагревающиеся от источника электроэнергии (источника тока, теплоносителя) 14.
Корпус 1 реактора извне теплоизолирован.
Внутри корпуса нагревательных трубок 13 размещены электрические нагреватели 15 с катализатором 16. Каждый нагреватель 15 с помощью проводников 17 через коллектор 18 и щеточное устройство 19 связан с источником электрического снабжения. Вращение корпуса 1 обеспечивается электроприводом 20 и цепной передачей 21.
Установка работает следующим образом.
Отходы с помощью грейдера порционно загружаются в приемный бункер-питатель 4. С помощью гидроцилиндра 12 крышка-уплотнитель 11 закрывается, в верхней части камеры загрузки материала 5 происходит уплотнение отходов. Далее гидроцилиндр 9 давит на дифференциальный толкатель внутреннего поршня 7, с помощью пружины 8 он перемещается и упруго толкает внешний поршень 6, последний перемещается в камере загрузки 5, там материал уплотняется с выталкиванием воздуха в процессе перемещения по упомянутой конической камере 5. После остановки внешнего поршня 6, за счет обратной реакции отходов вступает в работу внутренний поршень 7, это создает в четыре раза большее удельное давление, при сжатой пружине происходит доуплотнение отходов в камере 5 и поступление в низкотемпературный реактор для переработки. При срабатывании датчика максимального давления (концевого переключателя) поршни 6 и 7 возвращаются в крайние положения, цикл повторяется.
Включают источник электропитания нагревательных трубок 13, предварительно нагревают вращающийся корпус 1 реактора, и задают постоянную температуру в нем. Материал поступает в предварительно нагретый корпус 1 реактора, падает в пустоту корпуса 1, попадая в зону пиролиза. Наклоненный цилиндрический корпус 1 реактора оборачивается и в нем осуществляется терморазогрев материала, который беспрепятственно перемещается с сопровождением благоприятного термического разложения при тлении и плавлении его компонентов. Ход процесса пиролиза осуществляется без поступления воздуха, сокращая до минимума процесс окисления, при этом корпус 1 реактора постоянно получает электропитание от источника тока 14 для поддержки в нем температуры, а на нагревательные трубки 13 с нанесенным на них катализатором 16 ускоряют процесс пиролиза.
Электрические нагреватели 15 нагреваются от источника тока с помощью проводников 17 через коллектор 18, взаимодействующий со щеточным устройством 19 при вращении корпуса 1 реактора.
Получаемые высококачественные продукты в результате пиролиза из реактора 1 поступают в камеру отвода 22 и дальше отправляются с помощью выпускных устройств 23 (для газообразного вещества) и 24 (для твердого вещества) потребителю.