СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МУНИЦИПАЛЬНЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
METHOD OF TOWN DOMESTIC WASTES

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых отходов и может быть использовано в коммунальных хозяйствах муниципалитетов для экстренного сбора и обезвреживания опасных органических отходов при загрязнении территории города в результате техногенных или природных катастроф.
Известен способ комплексной переработки городских твердых бытовых отходов, включающий раздельную сортировку отходов жилого и нежилого сектора города, термическую и биотермическую обработку продуктов сортировки отходов [1].
Недостатком известного способа является сложность оперативного обезвреживания опасных органических отходов при возникновении чрезвычайных ситуаций - вследствие сложности процесса переработки отходов, необходимости раздельной сортировки отходов и применения дорогостоящего оборудования.
Известен, кроме того, способ переработки промышленных и бытовых отходов и установка для его осуществления, включающий подачу отходов в установку с расплавом солей и щелочей, состоящую из зоны низкотемпературной переработки отходов с температурой от 20 до 550°С с дозированной подачей водяного пара и зоны высокотемпературной переработки отходов, в которую подают водяной пар и углекислый газ [2].
Однако этот способ характеризуется необходимостью применения расплава солей, что значительно удорожает оперативное обезвреживание опасных органических отходов при возникновении чрезвычайных ситуаций.
Известна также установка для термического разложения несортированных твердых бытовых отходов, содержащая загрузочное устройство, камеру газификации, газовые горелки, устройство для образования смеси водяных паров и легких газов, теплообменники, тягодутьевые устройства и трубопровод вывода термогаза к потребителю [3].
Недостатком известной установки является сложность оперативного обезвреживания опасных органических отходов при возникновении чрезвычайных ситуаций - вследствие необходимости непрерывного удаления термогаза, образующегося при работе установки, и неиспользование тепла от сгорания органики.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ термической переработки бытовых и промышленных органических отходов, включающий подачу подготовленных к переработке отходов в загрузочную камеру, подогрев отходов выхлопными газами от двигателя внутреннего сгорания, направление подогретых отходов в реактор с температурой 500-700°С, последующее термическое разложение отходов, получение жидких и газообразных продуктов пиролиза и подача в камеру выгрузки остатка термической переработки отходов [4].
Недостатком этого известного способа является сложность оперативного обезвреживания опасных органических отходов при возникновении чрезвычайных ситуаций - вследствие необходимости применения двигателя внутреннего сгорания и неиспользование тепла от сгорания органики непосредственно в ректоре.
Технический результат, получаемый от изобретения, - упрощение оперативного обезвреживания опасных органических отходов при возникновении чрезвычайных ситуаций.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки муниципальных бытовых отходов, включающем сбор отходов в металлический контейнер, загрузку контейнера с отходами в печь, нагрев и обжиг отходов парогазовым теплоносителем, состоящим из продуктов сгорания углеводородного газа, смешанных с водяным паром и воздухом, под давлением парогазового теплоносителя в печи выше давления атмосферного воздуха, выгрузку из печи контейнера с обожженными отходами и высыпание из контейнера обожженных отходов, согласно изобретению количество водяного пара в составе парогазового теплоносителя при обжиге отходов поддерживают в пределах от 15% до 45%, температуру парогазового теплоносителя при обжиге отходов поддерживают в пределах от 500°С до 600°С, давление парогазового теплоносителя в печи при обжиге отходов поддерживают выше давления атмосферного воздуха в пределах от 20 Па до 100 Па.
Автору неизвестны технические решения, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное техническое решение от прототипа.
Благодаря заявленному способу переработки муниципальных бытовых отходов обеспечивается возможность экстренной уборки территории от опасных органических отходов и их обезвреживание путем обжига без вывоза на полигоны.
Заявленные параметры предложенного способа переработки муниципальных бытовых отходов основаны на результатах экспериментальных исследований.
Экспериментально установлено, что при обжиге органических отходов при температуре выше 260°С происходят деструктивные изменения в структуре молекул органики, окисление вещества внутримолекулярным кислородом, сопровождающееся повышением температуры. Установлено, что в результате нагрева в присутствии воздуха при температуре выше 360°С происходит воспламенение вещества и горение с развитием температуры выше 700°С, сопровождающееся образованием сажистого углерода и выделением в отходящие дымовые газы сажевых аэрозолей. Установлено, что для предотвращения образования сажистого углерода необходимо не допускать горения вещества с повышением температуры выше 600°С.
Экспериментально установлено существование беспламенного (“тлеющего”) горения органических веществ с температурой в очаге горения около 600°С. Установлено также, что создание беспламенного (“тлеющего”) горения органики возможно при условии наличия водяного пара, являющегося флегматизатором, подавляющим развитие температуры горения, и наличия кислорода для поддержания процесса горения. Экспериментально установлено, что наиболее эффективно сжигать органику следует в парогазовом теплоносителе с температурой не выше 600°С, состоящем из продуктов сгорания углеводородного газа, смешанных с водяным паром и воздухом. При этом установлено, что предельной низшей температурой парогазового теплоносителя в печи при обжиге отходов является температура 500°С, обеспечивающая достаточно интенсивное окисление органики.
Экспериментально установлено, что для предотвращения развития температуры горения органики с воспламенением и образованием сажистого углерода в составе парогазового теплоносителя при обжиге отходов должно содержаться не менее 15% водяного пара. Установлено также, что повышение объемной доли водяного пара в составе парогазового теплоносителя при обжиге отходов свыше 45% увеличивает затраты на приготовление водяного пара и приводит к замедлению процесса обжига отходов.
Экспериментально установлено, что при нагреве парогазовым теплоносителем тел отходов под давлением, превышающим давление окружающего атмосферного воздуха, происходит ускорение теплообмена между теплоносителем и телами в результате более глубокого проникновения греющих газов в микропоры тел. Установлено, что при помощи эжектора можно создавать давление парогазового теплоносителя в рабочем пространстве печи, превышающее давление атмосферного воздуха, свыше 150 Па.
Экспериментально установлено, что при обжиге тел отходов, находящихся в контейнере, под давлением парогазового теплоносителя, превышающим давление атмосферного воздуха, наблюдается эффект ускоренного окисления органики. Установлено, что наименьшим давлением парогазового теплоносителя, обеспечивающим ускоренное окисление органики при обжиге тел отходов, является давление, превышающее давление атмосферного воздуха, величиной 20 Па. Установлено также, что при повышении давления парогазового теплоносителя в рабочем пространстве печи, превышающего давление атмосферного воздуха, свыше 100 Па значительно возрастает сложность предотвращения утечек дымовых газов из рабочего пространства печи через щели герметизирующей аппаратуры в окружающий атмосферный воздух.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой.
На фиг.1 изображена линия переработки муниципальных бытовых отходов согласно предлагаемому изобретению. На фиг.2 изображен вид А на фиг.1. На фиг.3 изображен вид Б на фиг.1. На фиг.4 изображен вид В на фиг.1. На фиг.5 изображен вид Г на фиг.1. На фиг.6 изображен вид Д на фиг.1.
Линия переработки муниципальных бытовых отходов содержит контейнер 1, печь обжига 2, перекатную платформу 3, приемник обожженных отходов 4, транспортер 5, накопитель 6, автопогрузчик 7, электросталь 8. Контейнер 1 выполнен в виде металлической коробки с решетчатым дном, состоящей из двух раскрывающихся полукоробок 9 со скобами 10, связанных между собой шарнирами 11 и защелками 12. В нормальном положении контейнера 1 полукоробки 9 сомкнуты, прилегая друг к другу при помощи защелок 12, фиксирующих сомкнутое положение полукоробок 9.
Печь обжига 2, соединенная с перекатной платформой 3, оборудована эжектором (не показан), горелкой 13 для сжигания углеводородного газа, паропроводом 14, воздухопроводом 15, выхлопной трубой 16 с дросселем 17.
Линия переработки муниципальных бытовых отходов работает следующим образом.
Контейнер 1 устанавливают на территории экстренной уборки отходов, заполняют собранными отходами, помещают на автотранспорт и перевозят на линию переработки муниципальных бытовых отходов. При помощи автопогрузчика 7 снимают контейнер 1 с автотранспорта и устанавливают на перекатную платформу 3. Закатывают платформу 3 с контейнером 1 в печь обжига 2 и герметизируют рабочее пространство печи. Открывают паропровод 14, открывают воздухопровод 15 и включают горелку 13. В качестве углеводородного газа используют природный газ или привозной сжиженный газ пропан. Для образования парогазового теплоносителя с температурой от 500°С до 600°С продукты сгорания углеводородного газа смешивают при помощи эжектора с водяным паром и воздухом.
Нагревают контейнер 1 с отходами, продувая парогазовым теплоносителем рабочее пространство печи и внутреннее пространство контейнера 1. При нагреве отходов происходит беспламенное горение органики и обжиг отходов. Образующиеся дымовые газы выводятся из печи обжига 2 через выхлопную трубу 16. Для создания давления парогазового теплоносителя в рабочем пространстве печи выше давления атмосферного воздуха выхлопную трубу 16 перекрывают частично дросселем 17. Продолжительность обжига отходов составляет от 6 часов до 24 часов в зависимости от характеристики отходов.
По окончании процесса обжига отходов выключают горелку 13, прекращают подачу водяного пара и воздуха, выполняют разгерметизацию рабочего пространства печи обжига 2 и выкатывают из печи обжига 2 перекатную платформу 3 с контейнером 1. Снимают с платформы 3 автопогрузчиком 7 контейнер 1 с обожженными отходами, перевозят в зону действия электростали 8 и устанавливают на опорную плиту приемника 4. Цепляют крюки стропов электростали 8 за скобы 10 полукоробок 9, отпирают защелки 12 и поднимают электросталью 8 контейнер 1. При подъеме контейнера 1 за скобы 10 происходит поворот полукоробок 9 вокруг осей шарниров 11, раскрытие контейнера и высыпание обожженных отходов в окно приемника 4. Раскрытый контейнер 1 переносят электросталью 8 на очистку для подготовки к вывозу с линии, очищают контейнер 1 и опускают на пол. Отцепляют крюки стропов от скоб 10 одной из полукоробок 9 и поднимают электросталью 8 контейнер 1 с пола. При подъеме контейнера 1 за скобы 10 одной полукоробки 9 происходит поворот отцепленной полукоробки 9 вокруг осей шарниров 11 и закрытие контейнера 1 в результате смыкания полукоробок 9. Запирают защелки 12, устанавливают контейнер 1 на пол и отцепляют крюки стропов электростали 8. Перевозят автопогрузчиком 7 контейнер 1 на вывоз.
Включают транспортер 5, перемещают обожженные отходы от приемника 4 к накопителю 6. Ссыпают с транспортера 5 обожженные отходы в накопитель 6. Насыпают обожженные отходы в мешки и перевозят для изготовления из отходов теплоизоляционного материала.
Пример реализации предложенного способа переработки муниципальных бытовых отходов.
В соответствии с предложенным способом производили переработку опасных органических отходов, собранных при очистке территории, содержащих трупы животных, перемешанных с разного рода предметами. Для сбора отходов использовали металлический контейнер вместимостью 2 куб. метра, массой 160 кг, длиной 2 м, шириной 1 м, высотой 1,2 м. Контейнер с отходами общей массой 1040 кг перевезли на линию переработки отходов и установили на платформу, соединенную с печью обжига. Рабочее пространство печи предварительно разогрели до температуры 250°С. Платформу с контейнером с отходами закатили в печь обжига и заперли герметично в рабочем пространстве печи. Включили подачу в эжектор водяного пара с температурой 110°С под избыточным давлением 0,11 МПа. Включили инжекционную горелку для сжигания сжиженного газа пропана с избытком воздуха 1,4. В результате регулирования соотношения продуктов сгорания газа пропана и вдуваемого в эжектор водяного пара произвели образование парогазового теплоносителя с температурой 600°С, состоящего из 59% азота, 29% водяного пара, 7% диоксида углерода, 5% кислорода. Для создания давления парогазового теплоносителя в рабочем пространстве печи и внутри контейнера с отходами перекрыли частично дымовую трубу дросселем 17. Установили давление парогазового теплоносителя, превышающее давление атмосферного воздуха, 40 Па и зафиксировали положение дросселя 17 на трубе 16.
В течение 12 часов производили обжиг отходов.
По окончании процесса обжига отходов выключили горелку, прекратили подачу водяного пара в эжектор, разгерметизировали рабочее пространство печи и выкатили платформу с контейнером с обожженными отходами из печи. Контейнер с обожженными отходами сняли с платформы и установили на опорную плиту приемника. Раскрыли контейнер и высыпали обожженные отходы в приемник.
Включили транспортер и пересыпали обожженные отходы в накопитель. Определили визуально, что большая часть трупов животных разрушилась с образованием частиц размером от 5 мм до 140 мм.
Обожженные отходы взвесили и определили, что масса отходов после обжига уменьшилась на 150 кг и составила 630 кг. Из накопителя обожженные отходы высыпали в мешки размером каждый 0,5×0,5×1,2 м вместимостью 0,15 куб. метра и направили на изготовление теплоизоляционного материала.
Использование предложенного способа переработки муниципальных бытовых отходов по сравнению с известными способами позволяет упростить оперативное обезвреживание опасных органических отходов без вывоза на полигоны, а также получить из обожженных отходов сырье для производства теплоизоляционного материала.
Источники информации
[1] Патент Российской Федерации на изобретение №2209682 по заявке №20021231124/03, 08.08.2002 “Способ комплексной переработки городских твердых бытовых отходов (тбо)”.
[2] Заявка на изобретение №2009137328/03, 29.09.2006 “Способ переработки промышленных и бытовых отходов и установка для его осуществления”.
[3] Патент Российской Федерации на изобретение №2433344 по заявке №2010112393/03, 30.03.2010 “Установка для термического разложения несортированных твердых бытовых отходов”.
[4] Патент Российской Федерации на изобретение №2431778 по заявке №2010111612/03, 25.03.2010 “Способ термической переработки несортированных твердых бытовых отходов”.