НЕЙТРАЛИЗАТОР ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ ОГНЕВОЙ

Полезная модель относится к области энерготехнологического оборудования, а именно к устройствам уничтожения отходов путем сжигания, в частности, к конструкциям печей для утилизации твердых бытовых отходов. Одной из возможных сфер применения заявляемой полезной модели является утилизация медицинских отходов. Термическое обезвреживание позволяет осуществлять утилизацию медицинских отходов без сортировочной линии и предварительной дезинфекции. При этом термическая обработка не оказывает вредного влияния на экологию и снижает риск получения травм персоналом, а также высвобождает денежные средства медицинского учреждения и время работника, затраченное на сортировку и дезинфекцию.
Термическая обработка удовлетворяет как санитарно-эпидемиологическим, так и экологическим требованиям, поэтому известно большое количество печей-утилизаторов отходов сходных конструкций.
Известно устройство для сжигания отходов и мусора, включающее цилиндрический корпус с камерой сжигания, с перфорированной чашей, устройством загрузки отходов с засыпным бункером и шнеком, трубопроводом отвода отходящих газов, разгрузочным бункером, устройством подачи и распыления топливовоздушной смеси с трубопроводом и горелкой. Устройство снабжено регулируемым по частоте и напряженности источником сильного электрического поля с диапазоном регулирования по напряженности от 1 кВ/см до 30 кВ/см, по частоте от 0 Гц до 30 кГц, двумя высоковольтными электродами, один из которых размещен коаксиально с цилиндрическим корпусом камеры сжигания и электроизолирован от нее, а другой присоединен к чаше сжигаемых отходов. Пламя и топливовоздушную смесь обрабатывают сильным электрическим полем с напряженностью не ниже 3 кВ/см, причем напряженность электрического поля регулируют либо механическим путем подъема-опускания центрального электрода над пламенем, либо электрическим путем от полупроводникового преобразователя напряжения и частоты, регулируют ток электронной эмиссии в пламя сжигаемых отходов путем изменения площади эмиссионного игольчатого электрода и частоту колебаний электрического поля из условия наилучшего качества экологической очистки отходящих газов (патент РФ на изобретение №2117870).
Устройство характеризуется наличием источника тока, что крайне усложняет его эксплуатацию ввиду необходимости постоянного контроля и регулировки величины электрического поля.
Известна вихревая топка, содержащая камеру сгорания с призматической топочной воронкой, сопла для подачи топливно-воздушной смеси, расположенные в средней части камеры сгорания, сопла вторичного воздуха, находящиеся сбоку от сопел подачи топливно-воздушной смеси, и устройство ввода нижнего дутья, причем сопла вторичного воздуха установлены так, что угол между продольной осью каждого сопла вторичного воздуха и продольной осью каждого сопла топливно-воздушной смеси в проекциях этих осей на прилегающую вертикальную стену топки составляет (+5)÷(+45)° (патент РФ на изобретение №2348861).
Возгорание топливо-воздушной смеси в известном устройстве осуществляется непосредственно в камере сгорания, что может при вести к затуханию пламени в результате заполнения камеры сгорания топливом. Кроме того, устройство не содержит средств, обеспечивающих очищение отходящих газов перед их выбросом в атмосферу.
Известен теплогенератор пульсирующего горения, содержащий камеру пульсирующего горения с аэродинамическим клапаном, включающую камеру сгорания с системой подачи и воспламенения топлива, резонансную трубу, расположенные в общем кожухе, который телескопически соединен с эжектором с возможностью осевого перемещения, воздушную трубу с раструбом, входной участок которой расположен соосно с выступающим из кожуха концом аэродинамического клапана. Теплогенератор снабжен охладительно-смесительной камерой, ось которой расположена перпендикулярно оси эжектора, имеющей цилиндрический участок с патрубком для подвода продуктов сгорания из эжектора, конический участок, оканчивающийся расширяющимся газоотводящим соплом, суживающееся сопло, расположенное внутри камеры вдоль ее оси, и соединенное с патрубком на торцевой части охладительно-смесительной камеры для подключения выходного конца воздушной трубы, телескопически соединенного с входным участком воздушной трубы, в котором расположена заслонка (заявка на патент РФ №2000107043).
Известная конструкция выполнена горизонтально ориентированной, что создает определенные сложности при использовании ее в режиме утилизации отходов в силу неудобства загрузки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для сжигания жидкого топлива и жидких горючих отходов, содержащее циклонную камеру сгорания, два тангенциально расположенных патрубка, один из которых служит для подачи воздуха, другой - для вывода продуктов сгорания из зоны горения. Циклонная камера содержит поперечно расположенную перегородку с концентрично расположенными центральными патрубками, образующими между собой кольцевой зазор, трубку, заменяющую форсунку, выходной срез которой направлен в сторону внутренней стенки центрального патрубка (патент РФ на изобретение №2349836).
Устройство имеет ограниченные возможности применения и, кроме того, не оснащено системой очистки дымовых газов, что негативно сказывается на экологических свойствах установки в режиме эксплуатации.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является улучшение эксплуатационных характеристик устройства за счет введения узлов загрузки сырья и выгрузки продукта переработки, эффективного подвода вторичного воздуха и предотвращения возникновения тепловых деформаций при пиковых нагрузках.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении пульсаций в режиме сжигания и повышении степени теплоотдачи установки.
Поставленная задача решается тем, что нейтрализатор твердых бытовых отходов огневой, содержащий загрузочную камеру, камеру сгорания и циклон, снабженный дымовой трубой, при этом камера сгорания размещена под загрузочной камерой и представляет собой вертикально ориентированный цилиндрический корпус с соосно расположенной внутри него шахтой с образованием кольцевого зазора между боковыми стенками корпуса и шахты, подводом воздушного потока, расположенным тангенциально к боковой стенке корпуса, и подключенным к боковой стенке корпуса горелочным узлом, выполненным с возможностью пульсационного горения, при этом в нижней части камеры сгорания закреплен зольник, соединенный с ворошителем зольного остатка, согласно техническому решению, снабжен камерой дожига, расположенной под камерой сгорания, и представляющей собой корпус с цилиндрической боковой поверхностью, люком выгрузки продуктов переработки и соплом, закрепленным в верхней центральной части камеры дожига и выполненным в виде усеченного конуса с обращенным в сторону люка выгрузки меньшим основанием, а циклон тангенциально подключен к камере дожига. Горелочный узел представляет собой испаритель, выполненный в виде полого цилиндра с двойными боковыми стенками - внешней и внутренней, днищем и крышкой, в нижней части которого подключен нагнетающий вентилятор, при этом подключение выполнено с возможностью подвода воздушного потока в пространство между двойными боковыми стенками цилиндра, в верхней части цилиндра испарителя закреплен воздуховод, вход которого размещен в отверстии, выполненном во внешней боковой стенке испарителя, а выход - в отверстии, выполненном во внутренней боковой стенке или со стороны крышки, испаритель снабжен камерой предварительного смешивания газовоздушной смеси, на выходе из которой смонтирована горелка, и распределительным узлом, выполненным с возможностью регулирования направления воздушного потока во внутренней полости испарителя, при этом к камере предварительного смешивания газовоздушной смеси подведены каналы подачи воздуха, топлива и газа, снабженные задвижками, а распределительный узел выполнен в виде усеченного конуса, закрепленного в верхней части испарителя под выходом воздуховода. Шахта корпуса представляет собой цилиндр, к нижнему основанию которого прикреплен металлический каркас, выполненный в виде набора вертикально ориентированных металлических прутков, расположенных по окружности цилиндра и скрепленных между собой металлическим обручем. Зольник размещен на выходе из камеры сгорания с ее внешней стороны и представляет собой подвижную металлическую пластину, соединенную со стенками корпуса посредством гибких связей, с возможностью сброса зольного остатка на сопло камеры дожига, при этом ворошитель зольного остатка соединен с металлической пластиной. Камера дожига снабжена механизмом выгрузки продукта переработки, соединенным с люком выгрузки. Загрузочная камера, камера сгорания и камера дожига скреплены между собой посредством теплоизолированного замкового соединения.
Заявляемая полезная модель поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 схематично представлен общий вид устройства.
На фиг 2 представлено сечение камеры сгорания и камеры дожига.
На фиг.3 схематично представлен вид горелочного узла заявляемого устройства.
Позициями на чертежах обозначены:
1. станина,
2. опорные стойки,
3. загрузочная камера,
4. крышка загрузочной камеры,
5. клапан загрузки,
6. рычаг управления клапаном загрузки,
7. камера сгорания,
8. шахта,
9. вентилятор,
10. дверца,
11. горелочный узел,
12. горелка,
13. вентилятор горелочного узла,
14. испаритель,
15. воздуховод,
16. патрубок,
17. камера предварительного смешивания,
18. каналы подвода газа, топлива и воздуха,
19. распределительный узел,
20. ворошитель зольного остатка,
21. цепь,
22. циклон,
23. дымовая труба,
24. камера дожига,
25. сопло,
26. люк выгрузки продуктов переработки,
27. металлический диск,
28. замковое соединение,
29. воздухозаборник.
Заявляемое устройство позволяет эффективно сжигать твердые горючие отходы без выбросов вредных веществ в атмосферу. В основе заявляемого устройства - применение технологии организации пульсирующего горения, которое по полноте сгорания и степени окисления газов в десятки раз превосходит режим обычного горения. На данный момент пульсирующее горение является наиболее технологичным и экологичным процессом сжигания углеводородных топлив.
Нейтрализатор огневой представляет собой конструкцию, смонтированную на станине 1 посредством опорных стоек 2 в стационарном варианте исполнения или на автомобильном шасси высокой проходимости посредством гидравлического или механического привода.
Устройство состоит из нескольких отдельных блоков, жестко и герметично соединенных между собой. Нейтрализатор содержит загрузочную камеру 3, предназначенную для загрузки контейнеров со сжигаемыми отходами. Загрузочная камера 3 выполнена в виде металлического цилиндра, верхнее основание которого выполнено с углублением для прокладки из огнеупорных материалов и снабжено крышкой 4. Крышка выполнена с усилением в виде прутка диаметром до 10 мм, уложенного по окружности крышки. При закрытом положении крышки упирается в прокладку верхней части цилиндра. В нижней части загрузочной камеры расположен клапан загрузки 5, выполненный в виде круга из металлического листа диаметром большим, чем диаметр загрузочной камеры. Клапан загрузки 5 выполнен усиленным, за счет толщины металлического листа от 3 до 8 мм, наличия усиливающего металлического кольца, сетки и футеровочного материала. Клапан 5 снабжен фиксирующим замком, предохраняющим от нежелательного открытия при загрузке отходов. Замок выполнен в виде принимающей пластины, в торцевую часть которой закрепляется металлическая пластина, выполненная в виде круга диаметром по цилиндру камеры загрузки из нержавеющей стали толщиной 0,2-0,4 мм. Эта пластина не позволяет различным отходам (например, полиэтиленовым пакетам) при их загрузке в камеру сгорания цепляться за принимающую пластину фиксирующего замка. Так как клапан загрузки подвержен действию пульсаций и высоких температур в процессе эксплуатации, то для предохранения его от разрушений на поверхность нанесен слой теплоизоляции толщиной до 30 мм. Теплоизоляция может быть выполнена, например, из шамотной глины. Открытие и закрытие клапана загрузки 5 производят при помощи рычага управления клапаном 6, выполненного в виде ручки с большим плечом. Под клапаном загрузки 5 расположена камера сгорания 7, в которой происходят основные процессы сжигания отходов, также выполненный в виде вертикально ориентированного металлического цилиндра (корпуса). Клапан загрузки разделяет полости загрузочной камеры 3 и полости камеры сгорания 7. Камера сгорания выполнена с теплоизоляцией. В боковой поверхности корпуса выполнена дверца 10 для визуального контроля розжига горелочного узла (генератора пульсаций) 11 и эффективности процесса. Стенки дверцы 10 выполнены двойными, при этом внутренняя стенка выполнена выгнутой в соответствии с формой боковой поверхности цилиндра корпуса. Внешняя стенка выполнена плоской, при этом по ее периметру проложен металлический пруток для обеспечения герметизации. Внутри цилиндрического корпуса соосно размещена металлическая шахта 8, закрепленная в верхней части корпуса. Шахта выполнена в форме сплошного цилиндра - в верхней части, в форме металлического каркаса - в нижней части, с открытым нижним основанием. Металлический каркас образован набором вертикально ориентированных металлических прутков, расположенных по окружности цилиндра и охваченных металлическими обручами по верхнему и нижнему краям. Между стенками шахты 8 и корпуса камеры сгорания 7 образован кольцевой зазор для прохождения воздушного потока. В верхней части боковой поверхности корпуса выполнено отверстие для присоединения выхода нагнетающего вентилятора 9. Вентилятор 9 присоединен таким образом, что нагнетаемый воздух тангенциально подается в кольцевой зазор и закручивается вокруг шахты 8, создавая при этом избыточное давление. С противоположной стороны корпуса относительно входа нагнетающего вентилятора 9 в нижней части боковой поверхности корпуса расположен вход горелочного узла 11, при этом входящий патрубок 16 горелочного узла размещен на уровне металлического каркаса шахты 8. Горелочный узел 11 состоит из вентилятора 13, горелки 12, испарителя 14 и системы перераспределения воздушного потока. Выход вентилятора 13 горелочного узла 11 подключен в нижней части испарителя 14. Также в нижней части корпуса, под входом горелочного узла размещен воздухозаборник 29, представляющий собой кольцевую вставку с конической поверхностью, в которой выполнены узкие прорези. Вставка размещена в кольцевом зазоре между корпусом и шахтой камеры сгорания. Горелочный узел 11 представляет собой генератор пульсаций, обеспечивающий импульсное воспламенение подаваемого топлива. Горелочный узел включает испаритель 14, выполненный в виде металлического цилиндра с двойными стенками и двойным дном. В нижней части испарителя, а именно, со стороны нижнего основания образующего его цилиндра, выполнено отверстие, к которому подключен нагнетающий вентилятор 13. Подключение выполнено таким образом, что воздушный поток от вентилятора подается в пространство между двойными стенками испарителя 14. Выход вентилятора 13 горелочного узла 11 подключен в нижней части воздухозаборника горелочного узла, за счет чего обеспечивается охлаждение внешней стенки нижнего основания испарителя при движении воздушного потока из внешней среды по пространству между двойными стенками испарителя. Таким образом, обеспечивается нагрев воздушного потока для образования качественного смешивания его с топливом, что способствует надежной работе всего устройства в целом. В верхнем основании цилиндра испарителя также выполнено отверстие, в которое вмонтированы каналы подачи топлива, газа и первичного воздуха 18, с другой стороны подключенные к камере предварительного смешивания 17 топливовоздушной смеси. Камера предварительного смешивания 17 расположена в центральной части испарителя 14 и соединена с горелкой 12, обеспечивающей воспламенение топливовоздушной смеси. Каналы подачи 18 снабжены отсекающими задвижками. Система перераспределения воздушного потока предназначена для перенаправления нагретого потока воздуха от вентилятора 13 в зону горения. В верхней части испарителя 14 к боковой стенке цилиндра во внутренней полости прикреплен распределительный узел 19, представляющий собой усечено-коническую вставку из листового металла, размещенную меньшим основанием вниз. Во вставке могут быть выполнены прорези для проникновения потока воздуха. В боковой стенке цилиндра выполнены отверстия, через которые подключен воздуховод 15, обеспечивающий перенаправление потока воздуха от нагнетающего вентилятора к внутренней полости испарителя на горелку. Отверстие, выполненное во внешней боковой стенке испарителя, является входом воздуховода 15 и заборником воздушного потока из пространства между двойными боковыми стенками, нагнетаемого вентилятором 13 снизу. Выше этого отверстия по боковой стенке испарителя 14 выполнено сквозное отверстие во внешней и внутренней боковой стенках испарителя, являющееся выходом воздуховода во внутреннюю полость цилиндра испарителя. Выход организован таким образом, что воздуховод, подключенный к выходу, обеспечивает перемещение воздушного потока из пространства между двойными стенками испарителя во внутреннее пространство цилиндра испарителя в верхней его части. При этом выход воздуховода расположен над распределительным узлом 19, то есть, воздушный поток из воздуховода 15 распределяется по всему внутреннему объему испарителя через коническую вставку к горелке 12. Выход воздуховода может быть организован в верхнем основании цилиндра испарителя.
В нижней части камеры сгорания закреплен зольник, выполненный в виде участков цепи 21 различного диаметра, соединенных друг с другом и металлическим диском 27, расположенным в средней части камеры сгорания. Цепи 21 с одной стороны закреплены на боковых стенках корпуса камеры сгорания, а с другой стороны - в средней части камеры сгорания прикреплены к металлическому диску 27. С наружной стороны камеры сгорания размещен рычаг, представляющий собой ворошитель зольного остатка 20, соединенный с металлическим диском. При повороте рычага, сопряженный с ним металлический диск поднимается, звенья цепей приходят в движение, вороша зольный остаток и ссыпая его под металлический диск через реактивное сопло в камеру дожига 24.
Под камерой сгорания 7 расположена камера дожига 24, в которой возникает эффект пульсационного горения при достижении заданных параметров камеры сгорания, реактивного сопла и камеры дожига, а также выведенных: давления и температуры путем регулирования воздушных потоков вентилятора камеры сгорания и вентилятора генератора пульсаций, а также поступающего количества топлива для работы генератора пульсаций и количества загруженных отходов. Камера дожига 24 выполнена в виде сопряженных по общему открытому основанию цилиндрической и конической частей. В центральной части камеры дожига 24 размещено реактивное сопло 25, выполненное в виде усечено-конической детали, обращенной меньшим основанием вниз. Сопло 25 закреплено по линии сопряжения камеры сгорания и камеры дожига, при этом цепи зольника, закрепленные в камере сгорания, и металлический диск размещены в зоне реактивного сопла. В боковой поверхности цилиндрической части камеры дожига 24 выполнено отверстие, соединяющее полость камеры дожига с полостью циклона 22. В нижней части камеры дожига 24 размещен люк 26 и механизм открытия люка выгрузки продукта переработки. Циклон 22 соединен с камерой дожига 24 тангенциально расположенным патрубком и предназначен для отделения твердых частиц от отходящих газов. Обеспыливаемый газ поступает в образующую кольцевое пространство аппарата, где движется по спирали с возрастающей скоростью от периферии к центру, спускается по наружной спирали, затем поднимается по внутренней спирали и выходит через дымовую трубу 23. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенке циклона и вместе с частью газа попадают в бункер циклона. Все основные блоки устройства (загрузочная камера с камерой сгорания, камера сгорания с камерой дожига) соединены между собой посредством замкового соединения 28, снабженного теплоизолирующим слоем. Размещение камер друг под другом позволяет избежать введения дополнительных соединительных патрубков, так как полость загрузочной камеры соединяется с полостью камеры сгорания через клапан загрузки, а полость камеры сгорания соединяется с полостью камеры дожига через зольник.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Нейтрализатор располагают на месте эксплуатации, жестко закрепляя на станине или платформе автомобиля. Обеспечивают подвод топлива к горелочному узлу и работоспособность вентиляторов путем подключения источника тока к электродвигателям вентиляторов. Поджигают горелку, выводя горелочный узел и камеру сгорания на пульсирующий режим. Горелочный узел, работая в пульсирующем режиме, задает пульсации всему газовому потоку, находящемуся в корпусе камеры сгорания. Пульсирующий режим работы горелочного узла существенно интенсифицирует тепло- и массообменные процессы. Высоко нагретая газовая струя, истекающая из горелочного узла, заставляет колебаться весь газовый поток в топке. Следствием этого являются: улучшенное смесеобразование летучих компонентов, ускорение процессов сушки, прогрева и воспламенение твердой фазы, интенсификация и полнота горения, поддержание требуемого температурного уровня во всем топочном пространстве. Последнее очень важно для обеспечения экологической чистоты продуктов сгорания, так как из-за пульсаций факела пламени применяемого горелочного узла во всем топочном пространстве устанавливается одинаково высокий температурный уровень. При достижении необходимого состояния устройства, которое определяется визуально и акустически (по характерному для пульсирующего горения ритмичному звуку), открывают крышку и заполняют загрузочную камеру утилизируемыми отходами. Крышку герметично закрывают и только после этого рычагом открывают клапан загрузки. Отходы попадают в камеру сгорания, после чего клапан загрузки закрывают посредством поворота рычага в исходное положение. Отходы падают по шахте вниз на зольник. Температура в камере сгорания составляет около 1000°С. От факела пульсирующего пламени поджигаются обезвреживаемые отходы. Отходы сгорают, испаряются в пыль, которая подхватывается воздушным потоком, нагнетаемым вентилятором вокруг металлической шахты. Воздушные вихревые потоки по внутренней поверхности корпуса камеры сгорания направляются в зону горения. При этом стенки камеры охлаждаются, а воздух внутри прогревается. Дымовые газы в виде кольцевого вихря поднимаются снизу вверх. За счет тепла продуктов сгорания верхние мешки с отходами прогреваются и начинают выделять горючие газы, которые, перемешиваясь с воздухом, сгорают в высоко нагретой газовой среде. При сжигании увлажненных отходов, последние интенсивно сушатся. Интенсивной сушке увлажненных отходов способствуют пульсации факела пламени горелочного узла, а также кольцевой вихрь, движущийся снизу вверх по поверхности сжигаемых отходов и образующийся раскаленными газами горелочного узла пульсационного типа и продуктов сгорания твердых отходов. Поток с пылью и дымовыми газами закручивается, опускается в низ камеры сгорания, создавая тем самым пульсирующий поток. За счет разницы давлений на металлическом диске температура повышается, создавая эффект сопла Лаваля. Ворошителем зольного остатка поднимают металлическую пластину и пропускают поток в камеру дожига. Воздушный поток бьет в зольный остаток в нижней части камеры дожига, он разбивается и уносится отходящими газами в циклон, где формируется осадок и выделяются обезвреженные газы. Отделение частиц от попавшего в бункер газа происходит при перемене направления их движения на 180° под действием сил инерции.
Пример конкретного выполнения.
Изготовлен нейтрализатор производительностью до 1000 кг/час, располагаемым стационарно. Корпус нейтрализатора выполнен из стали 12ХН10Т, снабжен теплоизоляцией из минеральной ваты, шамотной глины, с футеровкой 4 см. Камера сгорания снабжена вентилятором мощностью 1,8 кВт и горелочным узлом с характеристиками: вентилятор 1,2 кВт, насос подкачки топлива 1 кВт.