УСТАНОВКА ТЕРМИЧЕСКОЙ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ
DEVICE FOR THERMAL CATALYTIC UTILISATION OF WASTES

Изобретение относится к области переработки и утилизации путем каталитического пиролиза бытовых, сельскохозяйственных и промышленных отходов, содержащих древесину, полимерные соединения и углеводороды.
Изобретение может использоваться в промышленных целях и в коммунальном хозяйстве при обезвреживании и утилизации отходов, складируемых на свалках, для получения ценных целевых продуктов в виде пирокарбона, а также различных фракций жидких углеводородов с извлечением черных и цветных металлов и получения сырья для строительных и дорожных работ.
Известен ряд методов переработки бытовых отходов в режиме горения. Более перспективными являются методы, основанные на предварительной газификации бытовых отходов с получением топливного газа, который намного легче очистить, чем дымовые газы, хотя бы вследствие многократно меньшего объема первого. Одним из наиболее эффективных методов переработки мусора, содержащего полимерные отходы, является пиролиз - термическая деструкция с ограничением доступа кислорода для горения.
Конечные продукты пиролиза представляют собой сырье - черные и цветные металлы и другие энергоносители - пирогенное печное топливо, генераторный газ и древесный уголь.
Конденсация жидких углеводородов, и водяного пара, резко сокращает объем дымовых газов и выбросов в атмосферу. Поэтому пиролиз требует значительно меньших затрат на создание системы очистки отходящих газов, образующихся при традиционном сжигании органических соединений.
Горение отходов происходят в режиме «таяния» или тления. Низкие линейные скорости газового потока в реакторе и его фильтрация через слой перерабатываемого материала обеспечивают крайне низкий выброс пылевых частиц с выносимым продуктом - газом.
При газификации происходит частичное разложение азотсодержащих органических соединений в безкислородной среде, что дает меньшее количество окислов азота в дымовых газах.
В процессе газификации за счет длительного пребывания токсичных веществ в зоне окисления (десятки минут), при недостатке кислорода и умеренной температуре ≈400-500°С происходит разложение сложных циклических соединений с получением газогенераторного газа, содержащего водород и угарный газ.
Предлагаемый способ утилизации мусора, резко сокращает вредные выбросы в атмосферу. Режим пиролиза (температура, долевое соотношение компонентов катализатора горения и др.) определяется в каждом конкретном случае в зависимости от состава смеси отходов.
В результате пиролиза соединения сложной органической структуры, из которых состоят полимерные материалы, преобразуются в более простые нетоксичные соединения. Эти соединения парафинового (метанового), олефинового, циклического, ароматического и гетероциклического ряда. Эта смесь жидких углеводородов является готовой товарной продукцией - пирогенным печным топливом.
Для подавления выбросов в атмосферу галогенсодержащих продуктов, серы и фосфора процесс горения происходит при участии катализаторов горения. Катализаторы горения вводятся в соотношении 0,01-3,0% от веса отходов. Катализаторами горения служат, в основном, гидроокиси и окиси щелочных и щелочноземельных металлов (Li, Na, К, Mg/ Ca), как в виде порошка, так и разведенные в воде. Катализаторы горения связывают основную массу галогенов - ртуть, серу и фосфор - в виде нелетучих соединений в шлаке. Унесенные с золой уноса соединения галогенов ртути, серы и фосфора осаждаются в циклоне и электростатическом фильтре.
Высокая влажность мусора и недостаток кислорода не позволяет развиться высокой температуре в газогенераторе. Низкая температура горения подавляет процессы образования соединений азота. Как только в газогенераторе испарится вся влага и температура горения начинает расти, в каталитические испарители подается пирогенная вода с растворенными в ней гидроокисями и окисями щелочных и щелочноземельных металлов (Li, Na, К, Mg, Ca). Образующийся водяной пар способствует синтезу генераторного газа и подавлению дымообразования. Летучие соединения щелочных и щелочноземельных металлов попадают совместно с паром в очаг горения, где связывают основную массу галогенов - серу и фосфор в виде нелетучих соединений в шлаке. Аэрозоль углерода частично осаждается с жидкими углеводородами, частично осаждается в циклоне и полностью осаждается в электростатическом фильтре.
Степень обезвреживания дымовых газов в газогенераторном процессе увеличивается примерно в 1000 раз по сравнению с обычным сжиганием. Глубина разложения отходов регулируется подачей воздуха в газогенератор и введением катализаторов горения в топливо и каталитический испаритель.
Известно устройство для газификации бытовых и промышленных отходов (Baur A. Atzger J. - Energiegewinnung ans Kunststoffabfallen-Kunststoffe, 73 /1983/, 7, 349-351), содержащее горизонтальный корпус, средства для подачи сырья и выгрузки коксозольного остатка, расположенную снаружи корпуса обогревательную камеру, в которую подаются дымовые газы из выносного топочного устройства, снабженного средствами для подачи и сжигания топлива, подачи воздуха и вывода продуктов сгорания.
Недостатком данного устройства является то, что при влажном сырье в нем трудно обеспечить эффективные сушку и пиролиз только за счет внешнего обогрева корпуса газовым теплоносителем из-за плохих условий теплопередачи через стенку. При этом существует предельное значение влажности исходного сырья, выше которой данный процесс вообще неосуществим из-за необходимости увеличения теплообменной поверхности аппарата или температуры его стенок до нереальных значений.
Известно устройство для переработки твердых отходов по патенту РФ №2076272, содержащее горизонтально расположенный корпус, средства для подачи сырья и выгрузки коксозольного остатка, расположенную снаружи корпуса обогревательную камеру с топкой и средствами для подачи и сжигания топлива, подачи воздуха и вывода продуктов сгорания, снабженную разновеликими подвижными перемычками, прикрепленными к верхней стенке корпуса, делящими его внутренний объем на зоны сушки, пиролиза и дожигания, причем верхняя часть зоны дожигания соединена внешним каналом с нижней частью зоны пиролиза; верхняя часть зоны пиролиза соединена внешним каналом с нижней частью зоны сушки, а верхняя часть зоны сушки соединена внешним каналом с топкой.
Недостатком данного устройства является то, что при неоднородности поступающего на переработку исходного сырья имеют место значительные колебания в количестве и калорийности газообразных продуктов, выделяющихся при пиролизе и поступающих затем в топку устройства. А поскольку тепловой потенциал сжигаемых в топке продуктов, передаваемый затем дымовыми газами в зону пиролиза через стенку устройства, является источником основной части тепловой энергии, необходимой для осуществления процесса пиролиза, происходит либо затухание процесса при слишком низкой калорийности сырья, либо, наоборот, его чрезмерная интенсификация при высокой калорийности, приводящая к неуправляемому "разгону" процесса и нерасчетному росту температур, следствием чего может стать разрушение конструкции.
Термическая обработка удовлетворяет санитарно-эпидемиологическим и экологическим требованиям, поэтому известно большое количество печей - утилизаторов отходов аналогичных конструкций.
Известен инсинератор по патенту РФ на изобретение №2117871, содержащий топочную камеру из теплоизоляционного материала с закрываемым люком для загрузки мусора, дымоход, соединенный с атмосферой, и, по крайней мере, одну форсунку, расположенные в верхней части топочной камеры. Дополнительно в нижней части топочной камеры с установленной в ней камерой сжигания размещена, по крайней мере, одна форсунка и вертикальный дымоход для выхода газообразных продуктов сгорания из нижней части топочной камеры в ее верхнюю часть, при этом дымоход в верхней части топочной камеры расположен так, что факел форсунки, установленной над камерой сжигания, перекрывает всю площадь проходного сечения потока газообразных продуктов сгорания.
В инсинераторе известной конструкции предусмотрена верхняя загрузка, что не всегда является удобным при эксплуатации, кроме того, устройство снабжено единой камерой сжигания, не позволяющей осуществлять многократную загрузку перерабатываемого материала. Устройство известной конструкции снабжено горелками в нижней и верхней частях топочной камеры, что является экономически нецелесообразным. Не предусмотрена подача вторичного воздуха, вследствие чего количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, резко возрастает.
Известна пиролизная установка по патенту РФ на изобретение №2168676, содержащая термореактор с непосредственным и косвенным нагревом, систему отвода дымовых газов с очисткой и систему отвода пиролизных газов, включающую конденсатор-холодильник, отстойник жидких осадков, гидрозатвор с катализатором, а также гидрозатвор измерительный с катализатором, при этом приемники жидких углеводородов гидрозатворов и гидрофильтра, а также приемник жидких осадков отстойника соединены через насосы с форсунками, размещенными в реакторе.
Недостатками известной пиролизной установки являются наличие выбросов в атмосферу, сложность конструкции и недостаточная эффективность процесса пиролиза, вызванная тем, что пиролизный газ не полностью восстанавливается, уходя через газоход.
Известен также способ обезвреживания отходов, включающий обогащение массы отходов отделением твердой неуглеродсодержащей фракции, измельчение углеродсодержащей фракции и последующее ее газифицирование в газогенераторе (см. статью Тихомирова А.Г. и др. Твердые бытовые отходы важный источник энерго- и ресурсосбережения. -Промышленная энергетика, 1990, № 12, с.45-47).
Недостаток этого технического решения - необходимость последующей утилизации или захоронения отходов процесса газификации, отвлечение больших площадей под сооружение комплексов по переработке отходов. необходимость ограниченных температурных параметров процесса газификации или, соответственно, необходимость использования специальных термостойких материалов, что удорожает комплекс оборудования, используемого при газификации.
Известны пиролизные установки для утилизации отходов, предусматривающие нагрев и термическое разложение углеродосодержащих отходов с ограниченной подачей воздуха в реактор (см. Бобович Б. Б., Девяткин В. В. «Переработка отходов производства и потребления».-М.: «Интермет инжиниринг», 2000, с.218-236).
Недостатками известных установок являются наличие вредных выбросов в атмосферу, сложность конструкции и недостаточная эффективность процесса пиролиза, вызванная тем, что пиролизный газ не полностью восстанавливается, уходя через газоход.
Известно устройство для переработки бытовых отходов по авторскому свидетельству SU №1343187.
В известном техническом решении, выполненном в виде насыпного сооружения и содержащем коллектор в виде газонепроницаемого слоя, внешнюю изоляцию поверхности слоя, газосборные перфорированные патрубки, размещенные внутри коллектора, утилизатор тепловой энергии газов, устройство газоочистки и технологические коммуникации, подсоединенные к коллектору, утилизатор расположен внутри коллектора и может быть выполнен соответствующим форме коллектора, а внешняя изоляция выполнена выше утилизатора и имеет проемы для регулированного засоса воздуха.
Известное устройство для реализации данного способа переработки отходов на свалке предусматривает использование выработанного карьера или насыпного грунтового сооружения с натянутыми над ним стальными тросами, на которых размещена металлическая сетка, засыпанная коллектором - газопроницаемым теплоизоляционным слоем грунта. Образованный таким образом каркас прикреплен к фундаменту, оконтуренному по периметру свалки отходов. Внутри газопроницаемого слоя расположен утилизатор тепловой энергии газов, содержащий набор колец, внутри которых размещен трубчатый змеевик с циркулирующей водой для обеспечения полной утилизации тепловой энергии газа при его сжигании. Конструктивно утилизатор выполнен в виде устройства, позволяющего сжигать горючие газы при больших колебаниях подводящего воздуха.
На выходе из газопроницаемого коллектора утилизатор подсоединяют к устройству контроля выходящих газов и к установке очистки газов от вредных примесей. Внешняя изоляция коллектора осуществляется за счет газопроницаемого термостойкого слоя из песка и бетона, скрепленного с фундаментом, расположенного ниже утилизатора, и глинистого слоя, расположенного выше коллектора. Засос воздуха, подаваемого внутрь коллектора, для сжигания газов, образованных из отходов, производится через окна в глинистом слое. Расход воздуха, подаваемого внутрь коллектора, регулируется при помощи воздухозаборов с регулировочной арматурой. Таким образом, окна для засоса воздуха с воздухозаборами позволяют вести процесс утилизации газов с наименьшими тепловыми потерями.
На стадии утилизации газов в свалку отходов засасывают вентилятором воздух, чем инициируют и интенсифицируют разложение отходов. Созданный в основании свалки очаг горения с температурой 600-1000°С постепенно перемещается кверху, в результате чего происходит газификация отходов. При этом образуется горючий газ, мигрирующий к коллектору. Полученный газ через нижний слой пористого коллектора с помощью вентилятора засасывают в утилизатор газов. В утилизаторе происходит сжигание газов за счет поступления необходимого количества воздуха через окна с воздухозаборами. Таким образом, в утилизаторе происходит утилизация теплоты сгорания газа и его физического тепла. Повышенная температура в насыпном слое коллектора и наличие в его нижней части окислов щелочноземельных металлов, присутствующих в перегоревших в шахтных породах, способствует очистке газа от вредных примесей. На выходе из коллектора охлажденный газ контролируют по составу в специальном устройстве и через установку очистки газа и дымовую трубу выбрасывают в атмосферу.
Достаточное содержание органики в отходах и газопроницаемость свалки предопределяет возможность переработки бытовых отходов на месте размещения. Подача рабочего агента в массив свалки обеспечивает интенсификацию процесса разложения отходов. В результате увеличивается выход газа, повышается его качество и обеспечивается более полная переработка органического материала на месте размещения. Этим устраняется вредное воздействие на окружающую среду и снижаются затраты на переработку по сравнению с утилизацией отходов в наземных установках.
Однако эксплуатация известного устройства требует проведения значительного объема земляных работ с использованием ручного труда. После каждого цикла сжигания отходов необходимо заново формировать насыпной коллектор, снимать и переустанавливать закопанный на определенной высоте утилизатор тепла. Специальный фундамент, оконтуривающий периметр свалки, теряет свою функцию после заполнения насыпного сооружения золой. При каждой новой загрузке мусора требуется трудоемкая разборка теплоизоляционного каркаса. Вес теплоизоляционного грунта при высокой температуре создает предельно высокую нагрузку на тросы каркаса, и в случае их обрыва или прогара сетки произойдет обрушение насыпного слоя теплоизоляции и начнется неконтролируемое открытое горение отходов на свалке. При обрушении насыпного коллектора деформируется и разрушается стальная сетка каркаса.
Для нагнетания воздуха в толщу свалки отходов необходимо проводить трудоемкие работы по бурению скважин и установке труб подачи воздуха с фиксирующей цементацией их в насыпном слое теплоизолятора. Процесс выжигания отходов не регулируется и, т.к. горение идет снизу вверх, на дне сооружения среди отходов остаются непрогоревшие локальные зоны. Необходимо поддерживать температуру отходящих газов не менее 150°С, чтобы пирогенный кислый водяной пар, образующийся при горении отходов, не конденсировался в дымовой трубе, дымососе и утилизаторе тепла.
Эффективная работа устройства возможна только при благоприятных климатических условиях. Повышенные осадки - проливные дожди и снегопад, при длительной загрузке отходов увеличивают их влажность выше критического значения, обеспечивающего переработку.
Известное устройство не позволяет выделить из отходов и сохранить содержащиеся в них черные и цветные металлы, а также получать целевые продукты при промышленной коммерческой эксплуатации.
Ближайшим аналогом заявляемого технического решения принято устройство для сжигания горючих веществ с твердыми компонентами по патенту РФ №2098718. Известное устройство для сжигания горючих веществ с твердыми компонентами, включающее камеру сжигания с гравием или кусками иного негорючего материала и, по крайней мере, один канал для воздуха, по крайней мере, один из выводов которого является всасывающим, а другой нагнетающим. Канал образован тремя перегородками, одна из которых расположена между двумя другими и соединена с дном камеры нижним краем, а ее верхний край расположен ниже верхних краев двух других перегородок. Нижние края последних установлены с зазором по отношению к дну камеры, а сам канал соединен с отсасывающе-нагнетающим средством, связанным с блоком переключения каналов из режима всасывания на режим нагнетания и наоборот. При этом нижняя часть камеры и каналы заполнены гравием или кусками иного негорючего материала.
В верхней части каждого из каналов расположена система для подачи в канал воды, а в нижней их части - система для сбора воды. Это позволяет обеспечить эффективную очистку отходящих газов, образующихся при сжигании мусора. Камера для размещения мусора может быть выполнена с возможностью перемещения по направляющим, что обеспечивает возможность замены верхней, зашлакованной части наполнителя, расположенного в каналах и в нижней части камеры.
Часть камеры (торцовая) может быть выполнена открытой сверху, что обеспечивает возможность загрузки в камеру со стороны этой части новых порций мусора и наполнителя (после удаления зашлакованного мусора), и обеспечивает простое решение задачи распределения вновь загруженного мусора и наполнителя по камере.
Однако известная установка имеет следующие недостатки.
1. Для герметизации кожуха камеры сгорания используется узел скольжения с плоскими направляющими. Герметизирующие плоскости трутся друг о друга. Учитывая высокую температуру камеры сгорания, коэффициент трения скольжения при такой температуре будет в несколько раз больше коэффициента трения качения.
2. Возможны «прихватывание» и «закоксовывание» плоскостей трения скольжения легкоплавкими пластиками и смолами с температурами плавления менее 90°С и сплавами цветных металлов - припоями, с температурами плавления менее 130°С, попавшими из мусора на направляющие скольжения кожуха камеры сгорания.
3. В момент страгивания кожуха камеры сгорания коэффициент трения скольжения многократно превышает табличные значения. Поэтому придется значительно увеличивать вес и запас прочности камеры сгорания. Из-за тяжелой конструкции и ограничений по прочности конструкции кожуха камеры сгорания объем единовременно перерабатываемого мусора будет ограничен несколькими кубометрами.
4. Из-за ограничения объема единовременно перерабатываемого мусора требуется постоянная догрузка мусора «на ходу» (во время работы установки), что сопряжено с опасностью прорыва горючих газов и возникновения пожара в загрузочной камере.
5. Для охлаждения металлического кожуха камеры сгорания она должна постоянно поливаться водой. Каждый квадратный метр металлического кожуха камеры сгорания испаряет примерно 15 литров воды в час. Испаряющийся горячий водяной пар и кислород воздуха вызывает скоростную кислородную коррозию металлических конструкций, машин и механизмов, обслуживающих камеру сгорания.
6. Испаряющийся горячий водяной пар создает антисанитарные условия в рабочей зоне (повышенная температура и 100% влажность) для обслуживающего персонала. Создается опасность ожогов персонала горячим водяным паром.
7. Откидной нож, рыхлитель спекшегося шлака, постоянно находится в зоне горения. Для его изготовления требуются дорогие высокотемпературные сплавы или дополнительная система охлаждения.
8. Несгоревший расплавленный пластик, тяжелые фракции углеводородов и расплавленные смолы, содержащиеся в мусоре, увлекаемые раскаленными дымовыми газами, стекут на всю глубину гравия всасывающего канала и, встретившись с охлаждающей водой, затвердеют, что вызовет аварию установки из-за непроходимости дымовых газов. Авария влечет за собой длительный простой, ручную прочистку всасывающего канала и выгрузку застывшего «закоксованного» гравия с пластиком.
9. Через верхнюю открытую загрузочную часть камеры неизбежны прорывы раскаленных горючих газов с неизбежными постоянными пожарами в загрузочной камере.
10. Неохлаждаемая раскаленная стенка в загрузочной камере, соприкасаясь с легко воспламеняемыми отходами (аэрозольные баллончики, зажигалки, парфюмерные отходы и отходы лакокрасочные), будет также вызывать постоянные пожары.
11. Из-за низкой температуры оборотной охлаждающей, технологически грязной, воды теплообменник должен иметь большую площадь теплообмена и изготавливаться из химически стойких материалов (графит, нержавейка) с низкими коэффициентами теплопроводности, что значительно увеличит себестоимость изготовления установки.
12. Установка, при скромной перерабатывающей способности по мусору и малой тепловой мощности для бесперебойной работы и обслуживания, требует для обслуживания большое количество высококвалифицированного персонала и очень длительный срок окупаемости при условии коммерческого сбыта низкотемпературного тепла.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков аналогов и создание многофункционального универсального устройства с высокой производительностью, безопасностью работы, повышением эффективности процесса пиролиза за счет наиболее полной переработки твердых, жидких и газообразных составляющих процесса в топливный газ, и высокими показателями экологических характеристик термической каталитической утилизации отходов.
Поставленная цель достигается тем, что в заявляемой установке термической каталитической утилизации отходов, содержащей не менее двух приямков для отходов, реактор в виде термоизолированной камеры сжигания из негорючего материала, перемещающийся между приямками на опорных катках по направляющим и, по крайней мере, один канал для воздуха, по крайней мере, один вывод которого является всасывающим, а другой нагнетающим, утилизатор тепловой энергии газов, устройство газоочистки и технологические коммуникации, подсоединенные к реактору, корпус реактора выполнен в виде арочной конструкции с воротами на торцах или в виде сдвижной крышки, нагнетающий воздушный вентилятор выполнен в виде акустического свистка, а конденсаторы пиролизного топлива выполнены в виде каталитических насадочных колонн.
Заявляемая установка термической каталитической утилизации отходов снабжена нагнетающим воздушным вентилятором в виде акустического свистка для создания фронта акустического бездымного экологически чистого горения. Для повышения рентабельности процесса, получения различных фракций углеводородов и уменьшения вредных выбросов в атмосферу заявляемая установка снабжена несколькими каталитическими насадочными колоннами - конденсаторами пиролизного топлива. Для экономии средств на котле-утилизаторе и продлении срока службы конструкции в жарких странах имеется водоохлаждаемая рубашка. Для создания условий аэрозольного, объемно фильтрационного горения и снижения уровня вредных выбросов в атмосферу установка снабжена каталитическим испарителем-нейтрализатором. Для остановки процесса горения на нужной стадии и охлаждения получаемого пирокарбона и продукта «терра прета», а также других целевых продуктов, заявляемая установка снабжена внутренними водяными форсунками. При необходимости уменьшения затрат на капитальное строительство корпус реактора может быть выполнен в виде сдвижной крышки, расположенной над естественной или искусственной ямой, оврагом, карьером и т.п.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение производительности из-за отсутствия простоя реактора на период загрузки-выгрузки, повышение термического коэффициента полезного действия всего цикла, а также повышение экологической безопасности проведения переработки отходов в связи с уменьшением вредных выбросов в атмосферу.
Технический результат достигается тем, что в заявляемой установке термической каталитической утилизации отходов, содержащей не менее двух приямков для отходов, реактор в виде термоизолированной камеры сжигания из негорючего материала, перемещающийся между приямками на опорных катках по направляющим и, по крайней мере, один канал для воздуха, по крайней мере, один вывод которого является всасывающим, а другой нагнетающим, утилизатор тепловой энергии газов, устройство газоочистки и технологические коммуникации, подсоединенные к реактору, корпус реактора выполнен в виде арочной конструкции с воротами на торцах или в виде сдвижной крышки, нагнетающий воздушный вентилятор выполнен в виде акустического свистка, а конденсаторы пиролизного топлива выполнены в виде каталитических насадочных колонн.
Передвижной реактор выполнен в виде арочной конструкции с внутренней термоизоляцией толщиной 100 мм. Корпус реактора с двух боковых сторон опирается на опорные катки, катящиеся по рельсам или иным жестким направляющим. Суммарное количество катков 14 шт. Рельсы длиной по 54 м, проложены либо по 18-ти бетонным разгрузочным плитам размером 6×1 м, либо по деревянным шпалам.
Корпус реактора по торцам имеет шарнирные термоизолированные подъемные ворота с тросовыми лебедками и трещеткой. Перемещение реактора и надвигание на мусорный бурт осуществляется с помощью электролебедки или трактора. Вентилятор подачи воздуха выполнен в виде акустического свистка мощностью 1,5 кВт для создания акустического фронта горения.
Отсасывание пиролизного газа производится дымососом мощностью 1,5 кВт. Движение пиролизного газа и его конденсация идет по трубам 0 220 мм. Колонны воздушных конденсаторов пиролизного газа собраны в единый узел с дымовой трубой 0 220 мм и служат разгрузочными опорами для дымовой трубы. Колонны конденсаторов заполнены специальной каталитической насадкой. Замена насадки и чистка труб производится с торцов конденсаторной трубы, снабженных стандартными фланцами. Отсасывание пиролизного газа регулируется двумя шиберными задвижками с рабочего пиролизного реактора.
3
3
Конденсат из колонн воздушных конденсаторов самотеком поступает в три отстойника накопителя пиролизной жидкости емкостью по 5 м. По мере расслоения конденсата на отстойную пирогенную воду и пиролизную жидкость пирогенная вода сливается в четвертую накопительную емкость объемом 5 м. Из этой емкости электронасосом 20 пирогенная вода подается на установку растворения катализаторов горения 16. В установке 16 в смесительной емкости производится ее нейтрализация известковым молочком СаОН. В нейтрализованной воде растворяются окиси и гидроокиси щелочных и щелочноземельных металлов, выбранные из ряда - Li, Na, К, Mg, Ca, и самотеком подаются в каталитический нейтрализатор, где постепенно испаряются. Оставшаяся часть нейтрализованной пирогенной воды используется для быстрого охлаждения золы или для остановки процесса горения и охлаждения товарной продукции древесного угля и «терра претты». При организации производства тротуарной и дорожной плитки из золы и шлака, пирогенная вода используется на заторении вяжущей смеси.
Три фракции кислого пиролизнрго топлива, по мере накопления, нейтрализуются известковым молочком, откачиваются и отвозятся на реализацию. Все продукты отстоя и нейтрализации воды, кислого пиролизного топлива, золы уноса с циклона, угольный осадок электростатического фильтра загружаются в пиролизный реактор и сжигаются совместно с остальными отходами.
Неконденсируемые горючие углеводородные газы, смешанные с продуктами горения, через дымосос поступают по трубе в печь дожигания. Низкокалорийные пиролизные газы предварительно смешиваются с воздухом в специальной инжекторной горелке.
В случае отсутствия по близости котельной строится печь дожигания колпакового типа. Печь топится твердым топливом, выбираемым из привезенных отходов. Дымовые газы, раскаленные до 1000°С, направляются в котел-утилизатор. Охлажденные до 200-300°C, дымовые газы самотягой или вторым дымососом мощностью 1,5 кВт направляются на сухую очистку в циклон и электростатический фильтр. Очищенные дымовые газы, с температурой 150-200°С, самотягой или вторым дымососом выбрасываются в атмосферу через трубу высотой 20 метров. Если рядом расположена котельная, то строительство печи дожига, циклона, электростатического фильтра и дымовой трубы не требуется.
2
Размер площадки для размещения установки 54×38 метров. Площадь, занимаемая установкой вместе с подъездными путями, составляет 2052 м.
Заявляемая установка термической каталитической утилизации отходов, конструкция которой представлена на фиг.1, состоит из корпуса передвижного реактора 1, газохода-коллектора 2, воздуховода - распределителя 3, каталитического испарителя 4, четырехколонного конденсатора пиролизного топлива 5, дымососа 6, отстойников для конденсата печного топлива 7, отстойника для конденсата пирогенной воды 8, шиберных задвижек 9, колпаковой печи дожигания пирогазов 10, котла - утилизатора тепловой энергии 11, циклона - уловителя золы уноса 12, электростатического фильтра - осадителя сажи 13, дымовой трубы 14, нагнетательного вентилятора 15, установки растворения катализаторов горения 16, направляющих в виде рельсовых путей 17, опорных катков 18, приямка 19, водяного электронасоса 20, электронасоса для форсунок 21 и раздаточных задвижек 22.
Установка термической каталитической утилизации отходов работает следующим образом.
3
3
3
Отходы выгружаются из самосвалов и мусоровозов в приямок 19. Каждая порция мусора пересыпается порошком катализатора горения или смачивается жидкой эмульсией катализатора горения из установки растворения катализаторов горения 16, в зависимости от силы ветра. По заполнению приямка объемом 64 м, сверху над ним формируется бурт из мусора объемом до 403 м. Формирование бурта сопровождается пересыпанием его порошком катализатора горения или смачиванием жидкой эмульсией катализатора горения, также в зависимости от силы ветра. Суммарный объем разовой загрузки пирогенного газификатора может достигать 467 м насыпного мусора.
После того как в приямке 19 сформируется бурт, на него наезжает корпус реактора 1 с открытыми торцовыми воротами. Корпус реактора перемещается между приямками 19 по направляющим в виде рельсовых путей 17 на опорных катках 18. Затем торцовые ворота закрываются, и боковые щели реактора 1 герметизируется стекловатой.
Включается дымосос 6 и мусорный бурт поджигается через запальное отверстие таким образом, чтобы гарантировать образование сплошного поперечного фронта горения мусора. Горение происходит с недостатком кислорода воздуха. Подается 1,3 объема воздуха, необходимого для нормального горения. В таких условиях происходит процесс неполного горения с образованием генераторного газа. Для создания акустического фронта горения вентилятор подачи воздуха 15 выполнен в виде акустического свистка.
Движение пиролизного газа и его конденсация идет по трубам газохода коллектора 2 и воздуховода - распределителя 3. Колонны воздушных конденсаторов пиролизного газа 5 собраны в единый узел с дымовой трубой ⌀220 мм и служат разгрузочными опорами для дымовой трубы. Колонны конденсаторов заполнены специальной медно-никелевой каталитической насадкой. Замена насадки и чистка труб производится с торцов конденсаторной трубы, снабженных стандартными фланцами. Отсасывание пиролизного газа регулируется двумя шиберными задвижками 9 с рабочего пиролизного реактора 1.
3
3
Конденсат из колонн воздушных конденсаторов самотеком поступает в три отстойника для конденсата печного топлива 7 объемом по 5 м. По мере расслоения конденсата на отстойную воду и пиролизную жидкость вода сливается в четвертую накопительную емкость отстойника для конденсата пирогенной воды 8 объемом 5 м. Из этой емкости электронасосом 20 пирогенная вода подается на установку растворения катализаторов горения 16. В установке 16 в смесительной емкости производится ее нейтрализация известковым молочком (СаОН). В нейтрализованной воде растворяются окиси и гидроокиси щелочных и щелочноземельных металлов, выбранные из ряда - Li, Na, К, Mg, Ca, и самотеком через регулировочные задвижки 22 подаются на рабочий каталитический нейтрализатор 4, где постепенно испаряются.
Неконденсируемые горючие углеводородные газы, смешанные с продуктами горения, через дымосос 6 поступают по трубе в колпаковую печь дожигания пирогазов 10. Низкокалорийные пиролизные газы предварительно смешиваются с воздухом в специальной инжекторной горелке. Дымовые газы, раскаленные до 1000°С, направляются в котел-утилизатор тепловой энергии 11. Охлажденные до 200-300°С, дымовые газы идут на сухую очистку в циклон - уловитель золы уноса 12 и электростатический фильтр - осадитель сажи 13. Очищенные дымовые газы с температурой 150-200°С, самотягой или дымососом 6 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 14 высотой 20 метров. После окончания выгорания мусора электронасосом 21 подается нейтрализованная вода из смесительной установки 16 на форсунки (не показаны). Вода, разбрызганная форсунками в реакторе, ускоряет охлаждение золошлаков до пожаробезопасной температуры. Таким же образом происходит разбрызгивание нейтрализованной воды в реакторе при производстве древесного угля и «терра преты».
Три фракции кислого пиролизного топлива, по мере накопления, нейтрализуются известковым молочком, откачиваются и отвозятся на реализацию. Все продукты отстоя и нейтрализации воды, кислого пиролизного топлива, золы уноса с циклона, угольный осадок электростатического фильтра загружаются в пиролизный реактор 1 и сжигаются совместно с остальными отходами.
2
Размер площадки для размещения установки 54х38 метров. Площадь, занимаемая установкой вместе с подъездными путями, составляет 2052 м.
В настоящее время существует ряд методов газификации твердого топлива. Метод газификации зависит от рода и качества топлива. Крупные и мелкие фракции одного и того же топлива требуют применения различных методов газификации.
Предлагаемый метод стоит ближе к поперечному процессу газификации топлива, учитывая непредсказуемый состав мусора как по фракционному, так и по химическому содержанию, поперечный процесс газификации топлива является оптимальным.
Установку рационально размещать в производственной зоне, вблизи потребителей тепла (горячей воды): мастерские, депо, автомобильные мойка.
Вблизи крупных производственных зон рациональнее размещать стационарную конструкцию установки, рассчитанную на многолетнюю эксплуатацию. При решении задачи утилизации в локальных зонах, на участках скопления фиксированного объема отходов, рациональнее использовать заявляемую установку, имеющую конструкцию, состоящую из сборно-разборных, легко транспортируемых модулей. Это позволит оперативно, качественно и экономично решить проблему утилизации отходов ряда локальных зон скопления отходов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, с помощью одной установки. Известно, что определенное количество локальных зон скопления отходов располагается вблизи различных по характеру водоемов, от озер до морей. Для решения задачи утилизации отходов, скопившихся на берегах водоемов, заявляемую установку конструктивно можно выполнить с возможностью перемещения по воде в виде самостоятельного плавсредства.
Заявляемая установка термической каталитической утилизации отходов обладает следующими преимуществами по сравнению с аналогами.
Установка позволяет перерабатывать отходы со значительными колебаниями по химическому и морфологическому составу без дробления, предварительной сортировки и сушки, обеспечивая решение острейшей социально-экологической проблемы ликвидации бытовых отходов путем создания системы предприятий - модулей, которые могут быть построены в короткие сроки.
Установка проста в эксплуатации, не требуют сложной контрольно-измерительной, регулирующей аппаратуры и может быть построена в течение одного года при небольших капитальных затратах, практически в любом регионе России и за рубежом. Капитальные затраты могут быть снижены в два раза, если в расположении заказчика есть действующая ТЭЦ или котельная, на которой будет дожигаться пирогаз, частично заменяя природный газ, мазут, или твердое топливо-каменный уголь, бурый уголь и т.д.
Произведенные затраты быстро окупаются за счет экономии на отвод и благоустройство новых свалок, уменьшения плеча перевозок отходов, уменьшении объемов работ по захоронению золошлаков, продажи древесного угля «терра преты» печного топлива, металлов, тепла, дорожной и тротуарной плитки.
Установка является универсальной и может использоваться также для переработки других типов горючих отходов. К такому типу горючих отходов относятся отходы целлюлозно-бумажной промышленности, в том числе лигнина, торфозаготовок, лесозаготовок, иловых осадков очистных сооружений канализационных стоков.
Утилизация низкосортных отходов углей сланцев и нефтешламов широкого спектра позволяет дополнительно получить до 50% пиролизного печного топлива, содержащегося в отходах. Утилизация резиновых отходов и изношенных шин позволяет получить до 30% печного пиролизного топлива.
Утилизация промышленных отходов, содержащих лакокрасочные отходы, отходы полимеров, отработанные фильтры, промасленные опилки, промасленную ветошь, также дают значительный выход пиролизного печного топлива.
Заявляемая установка термической каталитической утилизации отходов может быть изготовлена с использованием современного стандартного технологического оборудования.