УСТРОЙСТВО ЗАГРУЗКИ РЕАКТОРА ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к технике термической переработки (газификации, деструкции, обезвреживания) отходов различного происхождения, в том числе растительных и биологических отходов в сельскохозяйственном производстве.
Термическая переработка отходов осуществляется в реакторе под воздействием высокой температуры, создаваемой электродуговыми нагревателями (плазмотронами) или горелками какого-либо иного типа, в результате чего происходит разрушение химических связей перерабатываемого материала (отходов). В результате реакции с участием органических составляющих отходов вырабатывается синтетический газ, который может быть использован для получения ценных вторичных продуктов, например, таких как электроэнергия, тепло, водород, жидкое топливо, удобрения и пр. Однако, наряду с образованием сингаза в реакторе, в зависимости от морфологического и химического состава перерабатываемого материала, могут образовываться вредные продукты: диоксины, фураны, оксиды азота, диоксид серы и др., очистка от которых предполагает применение специальных систем газоочистки.
Состав газов, генерируемых в результате термических процессов в реакторе, формируется в результате протекания физико-химических реакций в нескольких реакционных зонах - зонах сушки, пиролиза, газификации, горения и плавления, что предполагает необходимость поддерживать внутри реактора определенную реакционную среду (объем, массу, состав обрабатываемого материала и газов заполняющих материалов реакционный объем реактора).
Известно устройство загрузки плазменной шахтной печи для переработки отходов (по авторскому свидетельству СССР №1810911, G21F 9/32) содержащее питатель и загрузочную камеру, расположенную вертикально над шахтой печи и отделенную от шахты печи крышкой.
Известно устройство загрузки плазменной печи Новосибирского института теплофизики им. С.С.Кутателадзе (www.itp.nsc.ru/Institute/Priklad/Priklad04.htm) содержащее питатель, выполненный в виде горизонтальной трубы с отверстием для поступления отходов и поршневого толкателя для перемещения по трубе отходов в верхнюю часть шахты печи.
Недостатком известных устройств является их низкая надежность, обусловленная возможностью заклинивания подающих механизмов питателей при попадании твердых фрагментов отходов в зазоры между подвижными и неподвижными частями загрузочных механизмов. Недостатком также является отсутствие герметизации загрузочных устройств, что приводит к утечке газообразных продуктов переработки отходов из реактора. Также недостатком является возможность попадания избытка наружного воздуха внутрь реактора при загрузке печи, поскольку объемы загрузочного бункера конструктивно заметно превосходят собственно объем загружаемого материала.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является устройство загрузки отходов для термической переработки (см патент РФ №2293918, F23G 5/00) содержащее приемный бункер, загрузочный бункер, питатель, поршневой прессователь с приводом.
Недостатками известного устройства является его сложность, обусловленная большим количеством узлов, недостаточная степень герметизации рабочего объема реактора при работе загрузочного устройства, низкая надежность и сложность прессующего устройства из-за его размещения непосредственно внутри шахты печи и воздействия на него высоких температур.
Задачей полезной модели является повышение надежности устройства, упрощение его, повышение экономичности.
Техническим результатом от применения полезной модели является обеспечение стабильности протекания физико-химических процессов переработки отходов за счет поддержания неизменности состава обрабатываемого материала и газов внутри реакционного объема, исключения попадания излишков воздуха внутрь шахты реактора, упрощение конструкции загрузочного устройства, повышение надежности работы, обеспечение экологической безопасности и взрывобезопасности процесса за счет существенного уменьшения или исключения утечек из реактора опасных газообразных продуктов переработки отходов, а также исключения неконтролируемого попадания кислорода (воздуха) в реакционный объем.
Технический результат достигается тем, что устройство загрузки реактора термической переработки отходов содержит приемный бункер, загрузочную камеру, питатель, поршневой прессователь, выполненный с возможностью фиксированного возвратно-поступательного перемещения с помощью механизма привода. Загрузочная камера, расположена вертикально над шахтой реактора, в проеме между загрузочной камерой и шахтой реактора размещена шиберная заслонка с жидкостным охлаждением. Поршневой прессователь размещен в загрузочной камере, при этом поршень прессователя выполнен с возможностью герметизации относительно стенок загрузочной камеры в заданной части упомянутой камеры.
Питатель установлен в закрытом герметизированном корпусе и выполнен в виде шнека, скребкового или цепного конвейера.
Загрузочная камера выполнена со стенками с жидкостным охлаждением.
Поршень прессователя выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а также вращения вокруг оси штока.
Поршень прессователя установлен с зазором относительно стенок загрузочной камеры.
Зазор между стенками загрузочной камеры и поршнем прессователя уменьшается в направлении сверху вниз.
Поршень прессователя снабжен кольцевой эластичной манжетой с распорным механизмом.
Поршень выполнен из верхнего и нижнего дисков, между которыми расположены радиальные ребра, а в секциях, образованных упомянутыми ребрами, размещены толкатели с закрепленными на их концах, обращенных к манжете, сегментами обечайки с возможностью взаимодействия с манжетой под действием приводного стержня, установленного в полом штоке поршня, имеющего на конце кулачок для взаимодействия с толкателями, при этом толкатели снабжены возвратными пружинами для отведения обечайки от манжеты при прекращении воздействия на толкатели кулачка.
Механизм перемещения приводного стержня выполнен в виде соленоида, снабженного возвратной пружиной.
Внешняя нижняя часть поршня снабжена выступающими ребрами.
Задвижка шиберного затвора выполнена полой и снабжена гибкими подводами для охлаждающей жидкости.
Устройство снабжено датчиками уровня отходов, установленными в загрузочной камере на границе ее максимальной загрузки одной порцией отходов, а также датчиками уровня отходов в шахте реактора.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 Изображен схематически общий вид устройства загрузки реактора переработки отходов.
На фиг.2 изображен вертикальный разрез поршня прессователя.
На фиг.3 изображен горизонтальный разрез поршня прессователя.
На фиг.4 изображена нижняя поверхность поршня прессователя.
Устройство содержит приемный бункер 1, загрузочную камеру 2, расположенную вертикально над шахтой реактора 3, питатель с приводом 4. Питатель включает рабочий орган 5, размещенный в загрузочном тракте 6. Рабочий орган 5 питателя выполнен в виде шнека или скребкового конвейера, или цепного конвейера. Загрузочный тракт 6 сообщен с загрузочной камерой 2 посредством окна в стенке камеры. Поршневой прессователь 7 размещен в загрузочной камере 2. Прессователь 7 содержит шток 8 с закрепленным на нем поршнем 9 и привод 10 штока 8. Привод 10 выполнен электромеханическим, например, в виде червячно-винтовой пары, приводимой электродвигателем.
Поршень 9 выполнен по диаметру близким к внутреннему диаметру камеры и, снабжен эластичной манжетой 11, выполненной с возможностью расширения под действием распорного механизма. Загрузочная камера 2 сообщена с шахтой реактора 3 через проем, в котором установлена водоохлаждаемая шиберная заслонка 12 с приводом 13. Шиберная заслонка 12 выполнена полой и снабжена патрубками и гибкой подводкой для подачи хладагента (воды, трансформаторного масла и т.п.) для предотвращения перегрева заслонки под воздействием лучевого теплового воздействия со стороны находящегося в донной части реактора расплава шлака, что имеет место в период начального разогрева реактора при отсутствии массы отходов в шахте. Такое устройство шиберного затвора описано в патенте на изобретение РФ №2252363 и патенте на полезную модель РФ №30932.
Загрузочная камера 2 в своей нижней части, между нижним обрезом выходного окна питателя и шиберной заслонкой 12 имеет конусность с сужением в сторону заслонки 12 (к низу).
Устройство снабжено элементами управления и контроля. Шахта реактора 3 снабжена датчиками 14 уровня отходов в шахте, загрузочная камера также снабжена датчиками 15 уровня отходов, установленными в ней на границе максимальной загрузки одной порцией отходов. Могут быть применены, например, акустические датчики (в частности UWT Nivowave), радарные бесконтактные уровнемеры, емкостные датчики уровня (СУС-100, РИС 101 Ml и т.д.), радиоволновые, микроволновые, радиолокационные уровнемеры (УР 203 Ex, РДУ-Х2, РДУ-Х8). Упомянутые датчики связанны с контроллерами 19 управления исполнительными механизмами системы подачи и загрузки отходов в реактор.
Как пример - два микроволновых (или другого подходящего типа) датчика уровня устанавливают взаимно перпендикулярно в загрузочной камере на границе ее максимальной загрузки одной порцией отходов, датчики работают по принципу "и - и", а два других датчика установлены аналогично в верхней части шахты на границе ее максимальной загрузки.
Поршень 9 выполнен из верхнего и нижнего дисков 20, 21, между которыми расположены радиальные ребра 22. В секциях, образованных ребрами 22, размещены толкатели 23 с закрепленными на их концах, обращенных к эластичной манжете 11, охватывающей поршень 9 по окружности, сегментами обечайки 24, прилегающими к манжете 11. Привод толкателей выполнен в виде приводного стержня 25, размещенного в полом штоке 8 поршневого прессователя. На конце стержня 25, взаимодействующего с толкателями 23 установлен кулачок 26. Толкатели 23 снабжены также возвратными пружинами 27. Механизм 28 перемещения стержня выполнен в виде соленоида, снабженного возвратной пружиной. Внешняя нижняя поверхность 29 поршня 9 выполнена профилированной, на ней имеются выступающие ребра 30.
Устройство работает следующим образом.
Приемный бункер 1 загружают отходами с помощью грейферного крана или любого другого погрузочного средства. Отходы предварительно фрагментируют до размера, обеспечивающего прохождение по загрузочному тракту 6 питателя, например, посредством грохота. Поршень 9 прессователя находится в крайнем верхнем положении, так что нижняя плоскость поршня расположена выше верхнего обреза проема загрузочного тракта 6 питателя. При этом эластичная манжета находится в положении, при котором зазор между поршнем и стенками загрузочной камеры 2 остается достаточно большим, чтобы гарантировать от закусывания твердых фрагментов отходов при перемещении поршня 9 вниз и тем самым от заклинивания поршня 9. Шиберная заслонка 12 находится в положении, при котором она полностью перекрывает проем, соединяющий загрузочную камеру 2 и шахту реактора 3.
Далее по сигналу от датчика 15, отмечающего отсутствие обрабатываемых отходов в нижней части загрузочной камеры 2, включается привод 4 питателя и питатель начинает подачу отходов в загрузочную камеру 2. При достижении насыпной массы материала 4 в нижней части бункера заданного уровня выдается команда на остановку питателя и включается привод 10 прессователя. Поршень 9 прессователя под воздействием привода 10 продвигается вниз по направлению к закрытой шиберной заслонке 12, уплотняя отходы, находящиеся в нижней части загрузочной камеры 2 до заданной степени (например, до достижении средней плотности материала отходов, примерно вдвое превосходящей его начальную плотность при заполнении внаброс нижней части загрузочного бункера 4), т.е. до достижения поршнем 9 некоторого установленного положения над заслонкой 12. Привод 10 обеспечивает не только продвижение поршня 9 вниз, но и одновременное вращение его относительно оси штока 8, так что ребра 30 поршня 9 разравнивают поверхность находящихся в загрузочной камере 2 отходов, отгребая при этом их от стенок камеры. Этим достигается снижение вероятности закусывания твердых фрагментов отходов между поршнем 9 и стенками камеры 2. Благодаря конусности стенок камеры 2 по мере опускания поршня 9 зазор между поршнем 9 и стенками загрузочной камеры 2 уменьшается, оставаясь, однако, достаточным, чтобы не возникала возможность закусывания твердых фрагментов отходов.
В процессе уплотнения порции отходов лишний воздух, заполняющий промежутки между его фрагментами, выдавливается в верхнюю часть загрузочного бункера через зазор между поршнем и стенками загрузочного бункера. По достижении поршнем заданного нижнего положения происхдит прижатие манжеты 11 к стенкам загрузочной камеры 2. На соленоид механизма 28 подают напряжение, сердечник соленоиди втягивается, заставляя тем самым кулачок стержня 25 приподниматься. Обратный ход сердечника со стержнем 25 и кулачком при обесточивании соленоида обеспечивается за счет возвратной пружины. Кулачок имеет конусообразную форму с расширением книзу. При его перемещении вверх толкатели 23 смещаются в направлении манжеты 11 и, воздействуя на нее посредством сегментированной обечайки 24 прижимают манжету 11 к стенке загрузочной камеры 2, обеспечивая таким образом герметизацию подпоршневого пространства.
После достижения поршнем нижнего положения в процессе подпрессовки отходов в загрузочной камере 2 по сигналу от датчиков 14 об отсутствии отходов в шахте реактора 3 выше линии индикации шиберная заслонка 12 перемещается, открывая проем в шахту реактора. Вслед за открытием заслонки 12 поршень 9 перемещается вниз до уровня заслонки 12, выталкивая спрессованные отходы в шахту реактора 3. Герметичное уплотнение поршня 9 при этом исключает возможность утечки газов из шахты реактора 3 в загрузочную камеру 2.
После освобождения загрузочной камеры 2 заслонка 12 перекрывает загрузочный проем. Затем поршень 9 перемещается вверх, занимая исходное положение. При движении поршня вверх уплотнительная манжета остается прижатой к стенкам загрузочной камеры, препятствуя возможной утечке газов из шахты через неплотности в шиберном затворе до достижения проема окна питателя. Устройство готово к следующему циклу работы.