ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ДЕРЕВЯННЫХ ШПАЛ, ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ, РАСПОЛОЖЕННЫЙ НА ВАГОНЕ-ПЛАТФОРМЕ

Полезная модель может быть использована для утилизации методом пиролиза с применением низкотемпературной плазмы отработанных деревянных шпал (ОДШ), являющихся сырьем, с получением в качестве продукта активированного древесного угля.
В настоящее время известна технология утилизации отработанных деревянных шпал (ОДШ) методом пиролиза с полезным выходом активированного угля:
- Патент РФ №97129 - недостатками технологии являются: большие продолжительность и затраты топлива (природного газа), требуемые для процесса получения активированного угля, что увеличивает его удельную себестоимость и ухудшает экономические показатели процесса; неполное обезвреживание компонентов топочных газов в газоочистной установке;
- Патент РФ №2346023 - недостатками технологии являются: затраты на транспортировку сырья ввиду стационарности размещение установки для пиролиза древесины, отсутствие возможности получения активированного угля, что снижает энергоэффективность процесса утилизации, отсутствие газоочистной установки, загрязнение атмосферы дымовыми газами (продуктами горения).
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является: использование низкотемпературной плазмы для повышения эффективности технологического процесса активирования древесного угля и снижения загрязнения атмосферного воздуха дымовыми газами, образующимися при сгорании газообразных продуктов пиролиза.
Технический результат достигается тем, что энергоэффективный мобильный комплекс, предназначенный для утилизации ОДШ методом пиролиза с использованием низкотемпературной плазмы и получения активированного древесного угля, расположен на железнодорожном вагоне-платформе. Комплекс включает в себя: установку механической очистки поверхности шпал, рубильную машину для измельчения шпал, транспортер, реактор с выемной ретортой, крышку реактора, сообщающуюся с его топкой посредством газовых каналов, парогенератор, дымосос, плазменную газоочистную установку, газовый компрессор, грузоподъемный механизм, установку измельчения древесного угля, контейнер для сбора измельченного угля, камеру активации угля, дуговой плазмотрон, перемешивающее устройство, насос для подачи воды, емкость с водой.
Мобильный комплекс имеет возможность сушки и прогрева шпальной массы в реакторе за счет тепла дымовых газов, проходящих через камеру пиролиза по газовым каналам. Дымовые газы образуются при сжигании пиролизных газов и газов активации древесного угля, направляемых в топку при помощи газовых компрессоров.
Активация измельченного древесного угля, прошедшего предварительную обработку низкотемпературной плазмой, генерируемой дуговым плазмотроном, осуществляется в камере активации водяным паром, полученным в парогенераторе.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена установка для получения активированного угля из отработанных деревянных шпал.
На фиг.1 изображен энергоэффективный мобильный комплекс для утилизации ОДШ, получения активного древесного угля с использованием низкотемпературной плазмы, расположенный на вагоне-платформе.
Энергоэффективный мобильный комплекс для утилизации ОДШ, получения активного древесного угля с использованием низкотемпературной плазмы, содержит следующие основные элементы: установку механической очистки поверхности шпал от грунта и минерального налета (1); рубильную машину для измельчения шпал (2); транспортер (3); реактор (4) с выемной ретортой (на рисунке не показана), совмещенный с топкой (5) с помощью газовых каналов (6); крышку реактора (7), совмещенную с парогенератором (8), и соединяемую через съемный сегмент дымохода (9) с теплоизолированным дымовым трактом, включающим в себя дымовую трубу (10) и дымосос (11), проходящий через плазменную газоочистную установку (12); газовые компрессоры (13), (14) и (15); грузоподъемный механизм (16); реторту (17); установку для измельчения древесного угля (18); контейнер для сбора измельченного угля (19); камеру активации угля (20); дуговой плазмотрон (21); перемешивающее устройство (22); насос для подачи воды (23); емкость с водой (24).
Процесс утилизации ОДШ является периодическим и происходит следующим образом: шпалы подаются в установку механической очистки (1), где происходит очистка поверхности шпалы от грунта и минерального налета. Затем шпалы перемещаются в рубильную машину (2), в которой происходит их измельчение. Из рубильной машины (2) посредством транспортера (3) шпальная масса поступает в реторту, установленную в реакторе (4), который после заполнения закрывается крышкой (7), совмещенной с парогенератором (8).
При помощи съемного сегмента дымохода (9) крышка соединяется с теплоизолированным дымовым трактом, включающим в себя теплоизолированную дымовую трубу (10) и дымосос (11). Очистка дымовых газов от загрязняющих веществ осуществляется в теплоизолированном дымовом тракте, проходящим через плазменную газоочистную установку (12), термическим методом. Эффективность очистки повышается за счет применения низкотемпературной плазмы.
Процесс пиролиза в реакторе (4) проходит в две стадии:
а) на первой стадии происходит первоначальный нагрев: В качестве топлива в топке (5) на этой стадии процесса используется древесный уголь, полученный при предыдущем пиролизе ОДШ. Дымовые газы, образующиеся при горении угля, проходят по газовым каналам (6) внутри реторты, а также в пространстве вокруг нее, и поступают в крышку реактора (7). Вследствие теплообмена между стенками газовых каналов (6) и шпальной массой происходит прогрев шпальной массы. Прогрев ведется до тех пор, пока температура в реторте не окажется в пределах 180-200°C и не начнется карбонизация сырья. Пары воды и летучие низкокипящие углеводороды, выделяющиеся из шпальной массы, через отверстия в боковой поверхности реторты, расположенные в верхней ее части, поступают в кольцевой канал, имеющийся в верхней части реактора. Газовое пространство кольцевого канала отделено от пространства, занимаемого дымовыми газами. Поступающие в течение первой стадии в кольцевой канал пары и газы газовым компрессором (13) направляются в дымовую трубу;
б) на второй стадии начинается выделение пиролизных газов из сырья. Пиролизные газы через отверстия в реторте поступают в кольцевой канал, из которого компрессором (13) направляются в топку. Таким образом, пиролизные газы используется в качестве топлива в топке (5). Дымовые газы, поступая в крышку реактора (7) по газовым каналам (6), проходят через парогенератор (8), в результате чего в нем образуется водяной пар, направляемый компрессором (14) в камеру активации угля. Далее дымовые газы отводятся дымососом (11) в теплоизолированную дымовую трубу. В результате инжекции в дымовой тракт низкотемпературной плазмы, генерируемой газоочистной установкой (12), происходит обезвреживание дымовых газов, образующихся при сгорании газообразных продуктов пиролиза ОДШ.
По окончании процесса пиролиза, при помощи грузоподъемной машины (16) извлеченная из реактора реторта с древесным углем (17) перемещается на площадку для остывания, расположенную на вагоне-платформе. После остывания уголь высыпается в приемный бункер измельчительной установки (18). Измельченный уголь перемещается в контейнер для сбора измельченного угля (19), который затем подается в камеру активации угля (20).
Активация угля осуществляется в камере активации (20) водяным паром при предварительной обработке угля низкотемпературной плазмой, генерируемой дуговым плазмотроном (21). Одновременно происходит постоянное перемешивание угля перемешивающим устройством (22). Использование низкотемпературной плазмы значительно повышает эффективность технологического процесса активации древесного угля за счет снижения энергозатрат на осуществления нагрева измельченного древесного угля и уменьшения времени активации.
Газы, выделяющиеся в процессе активации, подаются компрессором (15) в топку, в которой происходит их сгорание.
Отходы механической обработки поверхности шпал, подвергаются термическому обезвреживанию в реакторе (4), после чего, транспортируются на полигон твердых бытовых отходов для дальнейшего захоронения.
Электроснабжение мобильного комплекса, располагающегося на вагоне-платформе, может осуществляться от дизельного генератора или от стационарной электросети.
Энергоэффективный мобильный комплекс для утилизации методом пиролиза с применением низкотемпературной плазмы отработанных деревянных шпал предназначен для размещения на запасных железнодорожных путях. Использование низкотемпературной плазмы позволяет повысить эффективность технологического процесса активации древесного угля и снизить загрязнение атмосферного воздуха дымовыми газами, образующимися при сгорании газообразных продуктов пиролиза.