ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
POWER COMPLEX FOR SOLID HOUSEHOLD WASTES PROCESSING

Изобретение относится к теплоэнергетическим устройствам для термической утилизации твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО) путем пиролиза и выработки тепловой и электрической энергии.
Известна энергоустановка (Патент РФ №70963), содержащая блок плазменной переработки твердых бытовых отходов, энергоблок электроснабжения и теплоснабжения, газоочистки и газового выброса с газотурбинной и паротурбинной установками с электрическим генератором. Установка содержит двухконтурный котел-утилизатор и выполнена на основе, по крайней мере, на одной спаренной линии, содержащей общий узел первичной сортировки твердых бытовых отходов, по крайней мере, один плазменный реактор, соединенный с реактором-дожигателем, и узел водоподготовки, выходы реакторов-дожигателей соединены со вторым контуром котла-утилизатора, энергоблок электроснабжения и теплоснабжения выполнен, по крайней мере, на спаренной линии, содержащей воздухопроводы, в которых последовательно установлены компрессор, теплообменник и газотурбинная установка с газотурбинным электрогенераторами, первый котел-утилизатор, второй котел-утилизатор, паротурбинную установку с паротурбинным электрогенератором, выходы газотурбинных установок соединены с входами первых котлов-утилизаторов, выходы которых соединены с входами дымососов, выходы вторых котлов утилизаторов последовательно соединены с газоочисткой и входами дымососов, а выходы дымососов соединены с входом узла выброса газов.
Недостатком энергоустановки определяется сложностью ее спаренной линии, включающей плазменные реакторы и реакторы-дожигатели, двухконтурные котлы-утилизаторы, выходы которых соединены с входами дымососов, газотурбинные установки с газотурбинными электрогенераторами и паротурбинную установку с паротурбинным электрогенератором, а также сложностью линий коммуникаций, объединяющих функциональную зависимость между агрегатами и энергоблоками электро- и теплоснабжения.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является комплекс для переработки твердых бытовых отходов (патент РФ №61844), содержащий реактор для газификации загруженного в него сырья, загрузочное шлюзовое устройство, размещенное сверху относительно реактора, и предназначенное для загрузки в реактор сырья из загрузочного бункера, как минимум, одно шлюзовое устройство, размещенное под бункером и предназначенное для выгрузки из реактора твердого остатка процесса газификации, а также установленный на реакторе отвод для отвода из реактора генераторного газа и систему разделения генераторного газа, причем комплекс снабжен вторым реактором, системой использования тепла и очистки генераторного газа, выполненной в виде последовательно соединенных транспортирующими средствами испарителя, очистителя смеси от твердых компонентов и разделителем жидкой и газовой фаз генераторного газа, причем выход испарителя соединен с отводом первого реактора, а газовый выход разделителя жидкой и газовой фаз - с теплообменным устройством, имеющим возможность соединения с энергетической установкой и/или с газгольдером, а выход жидкой фазы разделителя соединен с отстойником, выход которого соединен с входом второго реактора, выход которого соединен с входом испарителя.
Недостатками прототипа является то, что он представляет собой сложную энергетическую установку. Сложность прототипа определяется в использовании в качестве привода электрогенератора двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а также в усложнении структурной схемы в результате применения второго реактора для дожигания жидких продуктов газификации, что привело к образованию дополнительного не оправданного по эффективности внутреннего контура газификации с дополнительными, кроме реактора, устройствами: отстойником жидкой фазы, испарителем и смесителем газифицирующего агента. Кроме этого, в комплексе отсутствует очиститель генераторного газа от пыли, который поступает в ДВС, а поступающие из него в реактор продукты сгорания, смешанные с паровоздушной смесью, как балластный газ, снижают эффективность комплекса для переработки ТБО.
Задачей изобретения является разработка энергетического комплекса для переработки твердых бытовых отходов в целях использования их энергетического потенциала для выработки тепловой и электрической энергии для внутреннего потребления и энергоснабжения внешних потребителей.
Техническим результатом изобретения является применение в качестве привода электрогенератора, вместо двигателя внутреннего сгорания, простого и менее дорого привода - паровой турбины, упрощение структурной схемы, вследствие уменьшения количества устройств, выполняющих энергетическим комплексом для переработки твердых бытовых отходов заданных функций: переработку твердых бытовых отходов, выработку тепловой и электрической энергии и снижение экологической нагрузки на окружающую среду.
Технический результат изобретения достигается с помощью энергетического комплекса для переработки твердых бытовых отходов, содержащего реактор, оборудованный горелкой розжига топлива, загрузочное шлюзовое устройство, размещенное сверху относительно реактора, выгрузочное шлюзовое устройство, размещенное под реактором, котел-утилизатор, вход которого газопроводом соединен с реактором, а выходы, соответственно, соединены газопроводом с очистителем от твердых компонентов и паропроводом с паровой турбиной, вал ротора которой с помощью муфты соединен с валом ротора электрогенератора, конденсатор, включающий теплообменник, соединенный с теплосетью, конденсатный насос с трубопроводом, соединенным с баком питательной воды, к которому подключено устройство химводоочистки, питательный насос, соединенный с котлом-утилизатором, рукавный фильтр очистки газа от пыли, соединенный газопроводом с очистителем от твердых компонентов, дымосос, связанный газопроводом с дымовой трубой, причем реактор состоит из двух камер: камеры пиролиза и камеры дожигания.
На фиг. представлена схема энергетического комплекса для переработки твердых бытовых отходов, состоящая из блока производства пара (на фиг. не обозначен), включающего реактор 1, состоящий из двух камер: камеры пиролиза и камеры дожигания, соединенные между собой каналом, загрузочное шлюзовое устройство 2, размещенное сверху относительно реактора 1, выгрузочное шлюзовое устройство 3, размещенное под реактором 1, горелки розжига топлива 4 и котла-утилизатора 5, вход которого соединен газопроводом 6 с реактором 1, а выходы, соответственно, соединены паропроводом 7 с паровой турбиной 8 и газопроводом 9 с очистителем от твердых компонентов 10; силового блока (на фиг. не обозначен), основными элементами которого являются паровая турбина 8, вал ротора которой с помощью муфты 11 соединен с валом ротора электрогенератора 12 и конденсатора 13, включающий теплообменник 14, соединенный с теплосетью; блока питания котла-утилизатора 5, содержащего конденсатный насос 15 с трубопроводом, соединенным с баком питательной воды 16, к которому подключено устройство химводоочистки 17 и питательный насос 18 с трубопроводом, соединенным с котлом-утилизатором 5; блока очистки и удаления образованного в реакторе газа (на фиг. не обозначен), включающего очиститель от твердых компонентов 10, соединенный газопроводом 19 с рукавным фильтром 20 очистки газа от пыли, соединенным газопроводом 21 с дымосос 22, связанным газопроводом 23 с дымовой трубой 24.
Энергетический комплекс для переработки твердых бытовых отходов работает следующим образом.
Переработка твердых бытовых отходов начинается с загрузки загрузочного шлюзового устройства 2 измельченным сырьем. Розжиг топлива в реакторе 1 производиться горелкой розжига топлива 4. Образование генераторного газа в реакторе 1 проходит последовательно в две стадии: вначале получение и частичное сгорание пиролизного газа в камере пиролиза, а затем его догорание совместно с попутными газами в камере дожигания. Образованный в камере дожигания газ из камеры дожигания реактора 1 с температурой 800-850°С по газопроводу 6 под действием разрежения, образованного дымососом 22, направляется в котел-утилизатор 5, где теплота образованного в реакторе 1 газа используется в котле-утилизаторе 5 для генерации сухого насыщенного пара, который по паропроводу 7 поступает на вход паровой турбины 8. В свою очередь, выгрузка негорючих твердых остатков осуществляется через выгрузочное шлюзовое устройство 3.
В процессе прохождения пара через проточную часть паровой турбины 8 его тепловая энергия превращается в механическую энергию вращения вала ротора паровой турбины 8, крутящий момент которого посредством муфты 11 передается на вал ротора электрогенератора 12, вырабатывающего переменный ток для потребителей электроэнергии.
Отработавший на паровой турбине 8 пар, имеющий еще достаточно высокую температуру, поступает в конденсатор 13, где в межтрубном пространстве теплообменника 14, отдавая тепловую энергию в теплосеть, конденсируется, после чего конденсатным насосом 15 конденсат подается в бак питательной воды 16, через который устройство химводоочистки 17 заправляет и, в случае утечки, подпитывает замкнутую систему энергетического комплекса. Из бака питательной воды 16 питательным насосом 18 вода подается в кипятильные трубы котла-утилизатора 5 для генерирования в нем пара и повторения по циклу Ренкина процесса преобразования его тепловой энергии вначале в механическую, а затем - в электрическую энергию.
Одновременно с этим, образованный в реакторе 1 газ после его использования в котле-утилизаторе 5 под воздействием разряжения, создаваемого дымососом 22, по газопроводу 9 поступает в очиститель от твердых компонентов 10 и далее, последовательно, по газопроводу 19 газ поступает в рукавный фильтр 20, из которого по газопроводу 21 в дымосос 22, который по газопроводу 23 отработанный в цикле газ подает в дымовую трубу 24 для удаления в атмосферу.
Заявленный результат предлагаемого изобретения достигается за счет упрощения схемы, сокращения количество технологических устройств для выполнения одной и той же цели: преобразования твердых бытовых отходов в тепловую и электрическую энергию с меньшими потерями.
На предлагаемый комплекс выполнены необходимые расчеты, разработана конструкторская документация и изготовлена натурная модель, которая проходит доводочные испытания.