СИСТЕМА ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ КРУПНЫХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ

Полезная модель относится к области переработки отходов, именно к системам очистки крупных населенных пунктов и городов от твердых бытовых и промышленных отходов (ТБПО) путем их комплексной переработки в герметичных экологически чистых высокотемпературных печах шахтного типа. Указанная система может найти применение, в том числе, для кардинального оздоровления Московского региона, являющегося одним из самых экологически напряженных районов России.
Известны системы переработки твердых бытовых отходов с использованием их сжигания на мусороперерабатывающих заводах. При этом образуются собственные вредные газообразные и шлаковидные отходы с неконтролируемым составом, которые требуют захоронения (см. Фрош Р.А., Галлопулос Н.Э. Стратегия промышленного производства., ж. «В мире науки», №11, 1989 г., с.86).
Недостатком таких систем переработки ТБПО является экологическая опасность и несовместимость с сельскохозяйственными и жилыми объектами по вредным выбросам при многолетней эксплуатации мусороперерабатывающих заводов.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является система переработки ТБПО, содержащая средства доставки отходов и модуль для их переработки, включающий вертикальную шахтную печь с устройствами подготовки и подачи в нее отходов, горячего воздуха, дополнительного топлива и вывода продуктов переработки (см. патент США №3511194, кл. С 10 в 49\02 - прототип).
Недостатками известной системы являются нестабильность процесса переработки отходов по высоте ствола шахтной печи, недостаточная стойкость ее конструкции, а также высокие значения выноса вредных газов, пыли и золы из-за отсутствия ее герметизации и соответствующих средств очистки. В целом известная система не обеспечивает необходимых экологических требований, эффективности и производительности при утилизации ТБПО крупных населенных пунктов.
Решаемой задачей является создание высокорентабельной, экологически чистой и промышленно применимой для крупных населенных пунктов системы комплексной переработки широкого класса ТБПО в группе модульных мусороперерабатывающих предприятий, связанных транспортными коммуникациями с поставщиками отходов. Эффективность безотходной системы комплексной переработки ТБПО должна быть связана с максимально быстрой окупаемостью, в том числе, за счет производства собственной электроэнергии, а также товарной продукции в виде чугунного литья и строительных изделий из шлака.
Указанная задача решается тем, что в системе переработки ТБПО крупных населенных пунктов, содержащей средства доставки отходов и, по крайней мере, один модуль для их комплексной переработки, включающий вертикальную шахтную печь с устройствами подготовки и подачи в нее отходов, горячего воздуха, дополнительного топлива и вывода продуктов переработки, согласно полезной модели, вертикальная шахтная печь модуля системы снабжена средствами для ее герметизации в процессе эксплуатации и содержит устройства подачи дополнительных технологических компонентов, содержащих известь, флюсы и низкосортное твердое топливо для стабилизации температурного режима в печи и образования в ней восстановительной среды и зоны деструкции вредных компонентов, причем модуль комплексной переработки отходов содержит закрываемые бункеры для ограниченного во времени хранения поступающих на приемную эстакаду отходов, средства для их резки и/или компактирования, блок очистки уходящих из шахтной печи горючих газов, соединенный с энергоустановкой для выработки электроэнергии, линию непрерывной разливки низкосортного металла в целевой продукт и линию для изготовления изделий из шлака.
Кроме того, энергоустановка модуля системы может быть выполнена с возможностью работы на твердом или жидком топливе и может содержать паротурбинную, газотурбинную и/или дизельгенераторную установки для комплексной выработки электроэнергии и низкопотенциального тепла для нужд теплоснабжения.
Кроме того, модуль комплексной переработки отходов может быть размещен за пределами населенных пунктов, а средства сбора и транспортировки отходов могут быть частично включены в их инфраструктуру и транспортную сеть.
Такое выполнение системы позволяет решить, при сравнительно малых затратах, указанные задачи обеспечения надежной экологической основы жизнедеятельности крупных городов, в том числе, Московского региона за счет внедрения современной, высокорентабельной и промышленно применимой системы комплексной переработки широкого класса ТБПО в группе модульных мусороперерабатывающих предприятий, удовлетворяющих мировым нормам по вредным выбросам.
Практически полное отсутствие собственных отходов и вредных выбросов в окружающую среду, гибкость технологических и компоновочных решений позволяют в широких пределах варьировать мощность модулей системы с производительностью по ТБПО в пределах 60-500 тыс. тонн в год на один модуль со сроком окупаемости от 1,5 до 2,5 лет.
Указанное выполнение модуля системы комплексной переработки отходов, содержащего герметичную вертикальную шахтную печь с указанными устройствами для приготовления и подачи в печь технологических компонентов, содержащих известь, флюсы и низкосортное твердое топливо, позволяет, прежде всего, повысить средний уровень рабочих температур до 2000 С и стабилизировать тепловой режим по высоте шахтной печи вне зависимости от колебаний содержания горючих компонентов в перерабатываемых ТБПО.
Кроме того, наличие указанных добавок позволяет создать в рабочем объеме шахтной печи зону восстановительной среды и зону деструкции вредных компонентов, а также создать оптимальные условия для повышения текучести шлака и выделения горючих газов, обладающих высокой теплотворной способностью.
Получаемый в результате переработки отходов и дополнительных количеств топлива высококалорийный горючий газ после очистки используется в энергоустановке для выработки электроэнергии и тепла для обеспечения собственных нужд модуля системы, а также для частичного энергообеспечения близлежащих предприятий или населенных пунктов. Использование процессов разливки горячих низкосортного металла и жидкого шлака в целевой продукт, дополнительно увеличивает эффективность и окупаемость системы переработки ТБПО.
На фиг.1 представлена принципиальная схема завода-модуля системы переработки ТБПО крупных населенных пунктов.
На фиг.2 дана общая схема системы из нескольких заводов-модулей для комплексной переработки ТБПО на примере региона подмосковного угольного бассейна.
Принципиальная схема завода-модуля (фиг.1) системы комплексной переработки ТБПО производительностью от 60 до 500 тыс. тонн/год содержит высокотемпературную шахтную печь 1 с устройством герметизации на входе подачи сырья, участки 2 для приемки и временного складирования ТБПО, участок 3 для приемки и временного складирования низкокалорийного угольного топлива и дополнительных технологических компонентов, участок 4 для резки крупногабаритных отходов и компактирования сыпучих отходов для их подачи транспортером 5 на вход шахтной печи 1. Завод-модуль системы переработки ТБПО содержит также газотурбинный и паротурбинный энергоблоки 6 и 7 с блоком очистки горючих газов для выработки электроэнергии и тепла. Для подогрева воздуха, поступающего в шахтную печь модуля, служит блок высокотемпературных нагревателей 8. Участки 9, 10 предназначены для размещения линий по переработке чугуна и шлака в целевую продукцию. Участок 11 предназначен для размещения системы водоочистки. На схеме поз.12 обозначены внутренние транспортные развязки, а поз. 13 - здание управления заводом-модулем.
На общей схеме (фиг.2) системы из нескольких заводов-модулей для комплексной переработки ТБПО показаны предпочтительные зоны размещения семи заводов-модулей 14, соответственно, вблизи городов Ярославля, Дубны, Твери, Калуги, Серпухова, Каширы и Коломны, охваченных железнодорожной транспортной сетью 15 подмосковного угольного бассейна. На схеме поз.16 обозначены области, содержащие месторождения угля.
Система комплексной переработки твердых бытовых и промышленных отходов на примере подмосковного региона функционирует следующим образом.
Местные сборные пункты ТБПО Москвы и указанных городов региона с помощью автомобильного и железнодорожного транспорта по магистралям 15 направляют несортированные отходы по согласованному графику в ближайшие заводы-модули 14 на их комплексную переработку. Одновременно на модули 14 поступают дополнительные компоненты и местный уголь из областей 16 для осуществления технологического цикла переработки отходов.
Поступающие на завод-модуль (фиг.1) по внутренним транспортным развязкам ТБПО поступают сначала на участок 2 для временного складирования в закрытых бункерах или непосредственной подачи на участок 4 для резки и компактирования. Затем отходы посредством транспортера 5 поступают на вход шахтной печи 1 через устройство герметизации (не показано).
Одновременно по специальной программе и в соответствии с результатами измерений технологических параметров в печи 1 от участка 3 через участок 4 по транспортеру 5 подаются дополнительные компоненты, такие как подмосковный уголь, известьсодержащие и флюсосодержащие добавки в количестве, определяемом указанными технологическими параметрами.
Уходящие из герметизированной шахтной печи 1 горючие газы поступают через систему очистки (не показана) на вход газотурбинного и паротурбинного энергоблоков 6 и 7 для выработки электроэнергии и тепла. Одновременно воздух, подогретый до высоких температур в блоке высокотемпературных нагревателей 8, поступает в нижнюю часть шахтной печи 1 для поддержания рабочего режима переработки отходов. Печь 1 снабжена специальными средствами (не показаны) для вывода жидких шлака и металла на участки 9, 10 для их переработки в целевую продукцию. Система водоочистки 11 обеспечивает работу узлов оборотного водоснабжения завода-модуля. На участках, прилегающих к участкам 9, 10 складируется продукция, полученная на производственных линиях чугунного и шлакового литья. В здании заводоуправления 13 находится обслуживающий персонал и система круглосуточного управления технологическим циклом работы предприятия.
Данная система переработки ТБПО отличается высокой степенью надежности и, для такого густонаселенного района как подмосковный регион, позволяет кардинально решить проблему эффективной экологически чистой и промышленно применимой системы комплексной переработки отходов с годовой производительностью до 200 тыс.тонн и более на один агрегат при одновременном получении электроэнергии в количестве до 400 млн. кВт.ч/год, а также дополнительного низкопотенциального тепла для нужд теплофикации и, кроме того, изделий и материалов широкого назначения, в том числе, литьевых металлических изделий, шлакоблоков, цемента и многого другого.
Предложенная система переработки ТБПО совместно с использованием систем непрерывной разливки жидких низкосортного металла и шлака в целевой продукт, в значительной степени увеличивает ее эффективность и рентабельность. Основное оборудование, необходимое для создания заводов-модулей системы, выпускается серийно для таких отраслей промышленности, как черная металлургия, энергетика, нефтепереработка и др.
В качестве первого головного модуля системы переработки ТБПО крупных населенных пунктов предлагается модуль с производительностью 60000 т/год. Площадь, занимаемая таким заводом-модулем, составляет около 2 га, его стоимость - порядка 30 млн. долларов США. При непрерывном круглосуточном режиме работы предприятия количество обслуживающего персонала может составить от 50 до 120 человек в зависимости от выбранной номенклатуры выпускаемой продукции.