Жаротрубный котел - карбонизатор для переработки в сорбент гранулированных отходов сортировки твердых коммунальных отходов
FIRE-TUBE BOILER-CARBONIZER FOR PROCESSING INTO SORBENT OF GRANULATED WASTES OF SORTING OF SOLID MUNICIPAL WASTE

Изобретение относится к решению экологических проблемам в мусороперерабатывающей отрасли при утилизации твердых коммунальных отходов (ТКО), в частности к термической переработке гранулированных органических и неорганических углеродсодержащих отходов в сорбент, используемый в том числе и для биорекультивации полигонов.
Изобретение может быть также использовано в тепло- и электроэнергетике для получения горячей воды и пара.
Из открытых источников, например, ГОСТ Р 53692-2009 Ресурсосбережение. Обращение с отходами, п. 5.5 и п. 6.1.1., известна технология переработки ТКО, в общем виде состоящая из сортировки отходов, при которой все, что возможно, выводится во вторичную переработку, пищевые отходы используют для подготовки почвенно-грунтовых смесей, а углеродсодержащие отходы сортировки измельчают, перемешивают и гранулируют для использования в качестве топлива RDF.
Однако, гранулы полученного топлива не пользуется спросом из-за своего происхождения (ТКО), а с затратами на упаковку и транспортировку это производство становится зачастую не рентабельным и проигрывает конкуренцию производству пеллет из опила.
Кроме того, переработка пищевых отходов в почвенно-грунтовые смеси в больших количествах в помещении не производится, а на открытом воздухе - в буртах, - она возможна только в теплое время года, в тоже время эти отходы на переработку поступают круглый год.
В этой связи появляется необходимость и возможность использования топливо RDF, а также чистых пищевых отходов, содержащих до 50% углерода на сухую массу, для переработки их в сорбент.
Наиболее близким по своей сущности и конструкции к предлагаемому изобретению - прототипом - является известный твердотопливный жаротрубный котел для сжигания кускового топлива, предусматривающий сжигание летучих в струях первичного воздуха и дожигание углеродного остатка в струях вторичного воздуха, содержащий одну жаровую трубу, огневую поворотную камеру, отводящие дымогарные трубы, шлаковую шахту и систему шуровки топлива (RU №2623594, кл. F23В 30/10, F23J 1/00).
Недостатком известного котла для переработки гранулированных отходов в сорбент является отсутствие узла активации карбонизированного материала, получаемого в результате пиролиза и отсутствие возможности для отвода увеличенного количества дымовых газов при сжигании в одном устройстве газов пиролиза и газов активации при многотоннажном производстве.
Задачей изобретения являетсясоздание высокоэффективного и экологически чистого устройства для многотоннажной переработки гранулированных отходов сортировки ТКО в сорбент.
Технический результат поставленной задачи достигается тем, что жаротрубный котел-карбонизатор для переработки в сорбент гранулированных отходов сортировки твердых коммунальных отходов, содержит узлы загрузки гранулированных отходов, горизонтальную цилиндрическую емкость, заполненную водой, две жаровые трубы для карбонизации отходов и сжигания газов пиролиза, цилиндрическую огневую поворотную камеру, сопловую систему подачи и распределения воздуха для сжигания пиролизных газов, дымогарные трубы и систему шурующих планок маятникового типа, при этом жаровые трубы установлены в водяном объеме соосно, тыльными концами они закреплены на трубных досках, а противоположными концами соединены друг с другом встречно посредством огневой поворотной камеры, в нижней части которой предусмотрены устройства подачи активирующего агента и активации подвижного слоя карбонизированного материала, а также течки слива сорбента, а в верхней части по обечайке она снабжена рассредоточенным сопловым вводом воздуха для сжигания газов активации.
На фиг. 1 и 2 схематично изображены продольный и поперечный (А-А) разрезы жаротрубного котла-карбонизатора, который содержитузлы загрузки гранулированных отходов (1), горизонтальную цилиндрическую емкость с водой (2), две жаровые трубы (3), огневую поворотную камеру (4) с отводящими дымогарными трубами (5), сопловой ввод воздуха на дожигание газов активации (6) и газов пиролиза (7), устройства активации в слабом кипящем слое (8), течки слива сорбента (9), система шурующих планок (10) с приводом (11), люки (12).
Изобретение имеет следующие основные отличия от прототипа и известных технических решений:
- две жаровые трубы, установлены в водяном объеме соосно и встречно посредством огневой поворотной камеры - это решение позволяет вдвое увеличить активный объем для карбонизации отходов в камерах и сжигания газов пиролиза при относительно короткой длине каждой камеры и обеспечивает вывод через дымогарные трубы увеличенный объем дымовых газов при многотоннажном производстве;
- наличие системы рассредоточенного соплового ввода воздуха в верхней части огневой поворотной камеры по обечайке позволяет обеспечить практически полное сжигание газов активации, что создает условия для эффективной и экологически чистой работы жаротрубного котла-карбонизатора;
- устройство активации продукта, карбонизированного в жаровых трубах, при продувке его парогазовой смесью через решетку кипящего слоя позволяет путем увеличения пористости продукта переработать его в сорбент.
Жаротрубный котел-карбонизатор работает следующим образом.
Предварительно выполняются все необходимые операции по охлаждающей системе котла-карбонизатора.
Разогрев ведут на сухих древесных отходах, пеллетах или на другом легко воспламеняющемся кусковом топливе, загружаемом вручную через люки (12), размещенные по торцам жаровых труб. Воздушное дутье осуществляют горизонтально над слоем топлива в жаровых трубах (3) и вертикально вниз в огневой поворотной камере (4).
По мере разогрева котла-карбонизатора на горящее кусковое топливо плавно, с постепенным увеличением расхода, подают гранулированные отходы, при этом, перемешиваясь с горящим топливом и разогреваясь в условиях недостатка воздуха, гранулы разваливаются, пиролизуются и теряют летучие, которые в надслоевом объеме, перемешиваясь с подаваемым туда воздухом, выгорают, прогревая и поддерживая процесс карбонизации, идущий в нижнем объеме жаровых труб.
Воздух подают на сжигание газов пиролиза через сопла (7), а газов активации - через сопловой ввод (6), разогрев загружаемых в жаровые трубы гранулированных отходов идет сперва в результате перемешивания (шуровки) с уже разогретым продуктом, а затем и посредством радиационного нагрева факелом сжигаемых газов пиролиза. Активацию карбонизированного продукта ведут с нагревом их от факела сжигаемых газов активации в поворотной камере.
Непрерывная работа системы шуровки маятникового типа (10) обеспечивает и перемешивание, и перемещение карбонизируемых отходов к огневой поворотной камере, где по мере передвижения он карбонизируется и ссыпается в зону активации. Система шуровки маятникового типа состоит из горизонтального водоохлаждаемого прогона и радиально соединенных с ним и отведенных вниз под углом два ряда жестких тяг на свободных концах которого закреплены сменные шурующие планки, размещаемые вдоль жаровых труб симметрично относительно вертикальной оси с возможностью принудительных колебаний около этой оси по заданной программе (см. прототип).
Активирование карбонизированного продукта идет в слое слабого кипения с использованием продувки слоя любым активирующим агентом, например, увлажненными дымовыми газами, отобранными на рециркуляцию в жаротрубный котел-карбонизатор после их мокрой абсорбционной очистки перед выводом в дымовую трубу.
Эффект активации можно менять и усиливать, если активирующий агент подкислять или подщелачивать. Так можно получать сорбент с разными заданными свойствами.
Объем кипящего слоя по глубине расслаивается, т.к., по мере активации менее плотный активированный материал из-за увеличения пористости в слое всплывает, накапливается в верхней части слабо кипящего слоя, а свежий более плотный карбонизированный продукт, поступающий из жаровых труб, тонет в слабо кипящем слое активированного материала - сорбента. Таким образом, обеспечивается циркуляция и расслоение материала слоя. Излишки сорбента из верхней центральной части кипящего объема сливаются в течку и поступают в систему охлаждения любого известного типа (вне устройства).
Тепло от сжигания газов пиролиза и активации используется для нагрева воды на отопительные нужды или для получения пара для питания парового турбогенератора.
Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу создания высокоэффективного и экологически чистого устройства: жаротрубного котла-карбонизатора для многотоннажной переработки гранулированных отходов сортировки ТКО в сорбент.