СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ И БИОМАССЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТЕПЛА

1. Структурная схема экологически безопасной переработки отходов и биомассы для повышения эффективности производства электроэнергии и тепла, в которой содержится блок плазменной переработки отходов и биомассы (54), содержащий первый вход утилизации твердых коммунальных и твердых промышленных отходов (1) и второй вход утилизации биомассы (2), которые также являются первым и вторым входами устройства загрузки и измельчения отходов (3); блок плазменной переработки отходов и биомассы (54) также содержит, по крайней мере, один плазменный конвертер (4), одно устройство очистки пиролизного газа (6), первое устройство компримирования (8), первый газгольдер (9); по крайней мере, один выход устройства загрузки и измельчения отходов (3) подключен к первому входу, по крайней мере, одного плазменного конвертера (4); второй выход, по крайней мере, одного плазменного конвертера (4) подключен к входу блока переработки базальтоподобного шлака (13); выход первого устройства компримирования (8) соединен с первым входом первого газгольдера (9); выход первого газгольдера (9) является также вторым выходом блока плазменной переработки отходов и биомассы (54), который связан со вторым входом топливного регулятора (25) парогазотурбинного блока (56), который также является вторым входом парогазотурбинного блока (56); первый выход водогрейного котла-утилизатора (5) является также первым выходом тепла (А) блока плазменной переработки отходов и биомассы (54), который связан с третьим входом парогазотурбинного блока (56), который также является третьим входом котла-утилизатора (32) парогазотурбинного блока (56); парогазотурбинный блок (56) содержит, по крайней мере, одну газовую турбину (26), содержащую компрессор (27), двухтопливную камеру сгорания (28) и турбину (29); кроме того, содержит, по крайней мере, один электрический генератор (30), по крайней мере, один котел-утилизатор (32), паровую турбину (34), второй электрический генератор (35), устройство водоподготовки (33), по крайней мере, одну трубу выброса газов (38); выход компрессора (27) соединен с третьим входом двухтопливной камеры сгорания (28); первый вход двухтопливной камеры сгорания (28) соединен с первым выходом топливного регулятора (25), а второй выход топливного регулятора (25) соединен со вторым входом двухтопливной камеры сгорания (28); выход двухтопливной камеры сгорания (28) соединен с входом турбины (29); первый выход турбины (29) соединен с первым электрическим генератором (30), выход которого является также первым выходом подключения для внешних потребителей электроэнергии (31А) схемы; второй выход турбины (29) соединен с первым входом котла-утилизатора (32); второй вход котла-утилизатора (32) связан с устройством водоподготовки (33); первый выход котла-утилизатора (32), связанный с первым выходом паровой турбины (34), является также третьим выходом подключения для внешних потребителей тепла (36) схемы; второй выход котла-утилизатора (32) соединен с входом паровой турбины (34); второй выход паровой турбины (34) соединен с входом второго электрического генератора (35), выход которого является также вторым выходом подключения для внешних потребителей электроэнергии (31В) схемы; выход трубы выброса газов (38) соединен с входом блока управления и контроля технологического процесса (57), имеющего двусторонние связи с другими блоками схемы и состоящего из устройства управления и контроля технологического процесса (39), а также, по крайней мере, из одного устройства экологического контроля выбросов (40); в блоке переработки базальтоподобного шлака (13) содержится устройство выгрузки жидкого шлака (46), к входу которого подключен второй выход плазменного конвертера (4) блока плазменной переработки отходов и биомассы (54); выход устройства выгрузки жидкого шлака (46) через волоконнообразующее устройство (47) подключен к входу устройства волоконоосаждения (48); один выход устройства волокноосаждения (48) подключен к устройству формирования теплоизоляционного материала (50), а другой выход соединен с входом устройства сбора и гранулирования не волоконных частиц (49); выход устройства формирования теплоизоляционного материала (50) является также выходом теплоизоляционных материалов (51) схемы; выход устройства сбора и гранулирования не волоконных частиц (49) является также выходом гранулированного шлака (53) схемы или к входу устройства выгрузки жидкого шлака (46) блока переработки базальтоподобного шлака (13) подключен второй выход плазменного конвертера (4) блока плазменной переработки отходов и биомассы (54); выход устройства выгрузки жидкого шлака (46) соединен с входом устройства сбора и гранулирования шлака (52); выход устройства сбора и гранулирования шлака (52) является также выходом гранулированного шлака (53) схемы, отличающаяся тем, что первый выход, по крайней мере, одного плазменного конвертера (4) блока плазменной переработки отходов и биомассы (54) соединен с входом водогрейного котла-утилизатора (5); второй выход водогрейного котла-утилизатора (5) через устройство очистки пиролизного газа (6) связан с входом первого устройства улавливания углекислого газа (7); первый выход первого устройства улавливания углекислого газа (7) связан с входом первого устройства компримирования (8); второй выход первого устройства улавливания углекислого газа (7) через второе устройство компримирования (10) связан, по крайней мере, с одним из входов второго газгольдера (11); выход второго газгольдера (11) соединен с входом устройства распределения и дозирования углекислого газа (12); первый выход устройства распределения и дозирования углекислого газа (12) соединен со вторым входом плазменного конвертера (4); второй выход устройства распределения и дозирования углекислого газа (12) является также третьим выходом блока плазменной переработки отходов и биомассы (54), который связан с входом блока производства товарной продукции из углекислого газа (58); выход блока производства товарной продукции из углекислого газа (58) является также выходом товарной продукции из углекислого газа (D) схемы; третий выход устройства распределения и дозирования углекислого газа (12) является также четвертым выходом блока плазменной переработки отходов и биомассы (54), который связан с первым входом блока выработки биодизельного топлива и биомассы из водорослей (55); второй вход блока выработки биодизельного топлива и биомассы из водорослей (55) соединен с третьим выходом подключения (36) парогазотурбинного блока (56) и вторым входом блока генератора угольного синтез-газа (59); третий выход блока выработки биодизельного топлива и биомассы из водорослей (55) связан с первым входом парогазотурбинного блока (56); первый вход, по крайней мере, одного топливного регулятора (25) парогазотурбинного блока (56) соединен с выходом устройства подготовки топлива для газовой турбины (24), вход которого является также первым входом парогазотурбинного блока (56); третий выход котла-утилизатора (32) парогазотурбинного блока (56) соединен с входом второго устройства улавливания углекислого газа (37); первый выход второго устройства улавливания углекислого газа (37) соединен с входом, по крайней мере, одной трубой выброса газов (38); второй выход второго устройства улавливания углекислого газа (37) является также четвертым выходом парогазотурбинного блока (56), который связан с четвертым входом блока плазменной переработки отходов и биомассы (54), который также является входом третьего устройства компримирования (14), выход которого связан, по крайней мере, с одним из входов второго газгольдера (11); третий вход блока плазменной переработки отходов и биомассы (54) является также входом четвертого устройства компримирования (15), который связан с выходом блока генератора угольного синтез-газа (59), содержащего утилизационный вход угольной пыли (41); выход четвертого устройства компримирования (15) связан в свою очередь, по крайней мере, с одним из входов первого газгольдера (9).
2. Структурная схема по п. 1, отличающаяся тем, что блок выработки биодизельного топлива и биомассы из водорослей (55) содержит первый теплообменник (17), фото-биореактор (16), сепаратор (18), пресс (19), центрифугу (20), устройство выработки биодизельного топлива из водорослей (21), устройство очистки биодизельного топлива из водорослей (22) и накопитель биодизельного топлива из водорослей (23), первый вход которого является также первым входом фото-биореактора (16); второй вход фото-биореактора (16) соединен с выходом первого теплообменника (17), вход которого является также вторым входом блок выработки биодизельного топлива и биомассы из водорослей (55), который связан с третьим выходом подключения для внешних потребителей тепла (36) и вторым входом блока генератора угольного синтез-газа (59); выход фото-биореактора (16) через сепаратор (18) связан с входом пресса (19), первый выход которого является также первым выходом товарной продукции биомассы из водорослей (В) блока выработки биодизельного топлива и биомассы из водорослей (55), к которому подключен второй вход блока плазменной переработки отходов и биомассы (54); второй выход пресса (19) соединен с входом центрифуги (20), первый выход которой является также вторым выходом товарной продукции масла из водорослей (С) блока выработки биодизельного топлива и биомассы из водорослей (55); второй выход центрифуги (20) через устройство выработки биодизельного топлива из водорослей (21) и устройство очистки биодизельного топлива из водорослей (22) связан с входом накопителя биодизельного топлива из водорослей (23); выход накопителя биодизельного топлива из водорослей является также третьим выходом блока выработки биодизельного топлива и биомассы из водорослей (55), который соединен с входом, по крайней мере, одного устройства подготовки топлива для газовой турбины (24) парогазотурбинного блока (56).
3. Структурная схема по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что блок генератора угольного синтез-газа (59) содержит первый вход утилизации угольной пыли (41), который также является входом устройства загрузки угольной пыли (42), выход устройства загрузки угольной пыли (42) соединен с первым входом генератора угольного синтез-газа (44), а выход с входом устройством очистки синтез-газа (45), выход которого является также выходом блока генератора угольного синтез-газа (59), второй вход генератора угольного синтез-газа (44) соединен с выходом второго теплообменника (43), вход которого является также вторым входом блока генератора угольного синтез-газа (59) и который связан с третьим выходом подключения для внешних потребителей тепла (36).
4. Способ экологически безопасной переработки отходов и биомассы для повышения эффективности производства электроэнергии и тепла, в ходе которого отходы и биомасса загружаем и измельчаем, затем подвергаем пиролизу и газификации; полученный пиролизный газ охлаждаем, очищаем, извлекаем углекислый газ; очищенный пиролизный газ сжимаем и накапливаем вместе с синтез-газом и затем используем для производства электроэнергии и тепла; выработанные электроэнергия и тепло предоставляем для внешних потребителей; из тепла, образующего при охлаждении пиролизного газа, в свою очередь, производим дополнительную электроэнергию; во время пиролиза и газификации происходит плавление и образуется базальтоподобный шлак, который перерабатываем и производим теплоизоляционные материалы или гранулированный шлак, отличающийся тем, что углекислый газ, выделенный из выхлопных газов, образующихся при производстве электроэнергии и тепла, сжимаем, накапливаем вместе с углекислым газом выделенным из пиролизного газа и после распределения и дозирования, с одной стороны, направляем как плазмообразующий газ на плазмотроны, с другой стороны, используем для производства товарной продукции из углекислого газа для внешних потребителей, с третьей стороны, подаем в качестве питающего вещества для выращивания водорослей, при этом загружаем семенной материал и выращиваем водоросли с применением источников света и тепла и углекислого газа, чем обеспечиваем производство биодизеля и биомассы из водорослей; произведенный биодизель очищаем, накапливаем и одновременно с очищенным пиролизным газом используем для производства электроэнергии и тепла, а отжим биомассы возвращаем в начало процесса; полученные в процессе производства жидкого биотоплива биомасса и масло из водорослей предоставляем для внешних потребителей; кроме того, одновременно с началом процесса с целью расширения ассортимента перерабатываемых отходов осуществляем загрузка угольной пыли, затем генерируем синтез-газ с использованием тепла, после этого осуществляем компримирование синтез-газа, который вместе с очищенным пиролизным газом накапливаем и используем для производства электроэнергии и тепла.
5. Способ по п. 4 для предпочтительного варианта осуществления, отличающийся тем, что пиролизный газ на выходе плазменного конвертера (4) нагреваем до температуры 1200-1450°С, обеспечивая дополнительное время воздействия высокой температуры на пиролизный газ, чем предотвращаем его охлаждение во время прохождения по газоходу в водогрейный котел-утилизатор (5), и этим исключаем спонтанное образование фуранов и диоксинов.
6. Способ по любому из пп. 4-5 для другого предпочтительного варианта осуществления, отличающийся тем, что, с целью повышения калорийности пиролизного газа и, соответственно, увеличения количества вырабатываемых электроэнергии и тепла и снижения эмиссии углекислого газа в атмосферу, в технологический процесс переработки отходов и биомассы вводим процессы выращивания водорослей в закрытом объеме и выработки биомассы и жидкого биотоплива из водорослей; в процессе выращивания водорослей подготовленный семенной материал водорослей загружаем в фото-биореактор (16), наполненный пресной водой, химическим составом которой обеспечиваем максимальный темп роста водорослей и в результате обеспечиваем эффективный фотосинтез; во время роста в фото-биореакторе (16) водоросли под действием определенного шока начинают быстро делиться и накапливают в своей массе максимальное количество маслянистой жидкости, из которой вырабатываем высококачественное дизельное топливо.
7. Способ по любому из пп. 4-5 для третьего предпочтительного варианта осуществления, отличающийся тем, что выработанное биодизельное топливо очищаем от воды, накапливаем для обеспечения непрерывной подачи с заданными параметрами по расходу и давлению, и одновременно с очищенным пиролизным газом подаем в двухтопливную камеру сгорания (28) газовой турбины (26); после получения жидкого биотоплива отжим биомассы измельчаем и подаем требуемое количество в плазменный конвертер (4), а часть биомассы и масла из водорослей, получаемых в процессе получения жидкого биотоплива, предоставляем внешним потребителям.
8. Способ по п. 6 для третьего предпочтительного варианта осуществления, отличающийся тем, что выработанное биодизельное топливо очищаем от воды, накапливаем для обеспечения непрерывной подачи с заданными параметрами по расходу и давлению, и одновременно с очищенным пиролизным газом подаем в двухтопливную камеру сгорания (28) газовой турбины (26); после получения жидкого биотоплива отжим биомассы измельчаем и подаем требуемое количество в плазменный конвертер (4), а часть биомассы и масла из водорослей, получаемых в процессе получения жидкого биотоплива, предоставляем внешним потребителям.
9. Способ по любому из пп. 4-5 для четвертого предпочтительного варианта осуществления, отличающийся тем, что, с целью расширения номенклатуры перерабатываемых отходов, вводим процесс утилизации угольных отходов, для чего угольные отходы в виде угольной пыли подаем в блок генератора угольного синтез-газа (59), где газифицируем их в автономном технологическом процессе (автономный технологический процесс подразумевает работу как параллельно с выработкой пиролизного газа в блоке плазменной переработки отходов и биомассы (54), так и самостоятельно); полученный синтез-газ с выхода блока генератора угольного синтез-газа (59) сжимаем, накапливаем вместе с очищенным пиролизным газом, и полученную смесь подаем в двухтопливную камеру сгорания (28) газовой турбины (26) в качестве топлива; для получения синтез-газа используем пар из котла-утилизатора (32) газовой турбины (26) или паровой турбины (34).
10. Способ по п. 6 для четвертого предпочтительного варианта осуществления, отличающийся тем, что, с целью расширения номенклатуры перерабатываемых отходов, вводим процесс утилизации угольных отходов, для чего угольные отходы в виде угольной пыли подаем в блок генератора угольного синтез-газа (59), где газифицируем их в автономном технологическом процессе (автономный технологический процесс подразумевает работу как параллельно с выработкой пиролизного газа в блоке плазменной переработки отходов и биомассы (54), так и самостоятельно); полученный синтез-газ с выхода блока генератора угольного синтез-газа (59) сжимаем, накапливаем вместе с очищенным пиролизным газом, и полученную смесь подаем в двухтопливную камеру сгорания (28) газовой турбины (26) в качестве топлива; для получения синтез-газа используем пар из котла-утилизатора (32) газовой турбины (26) или паровой турбины (34).