СПОСОБ ПОРЦИОННОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕСОРТИРОВАННЫХ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА ПОЛИГОНЕ
THERMAL PORTION-BY-PORTION TREATMENT OF BULK SOLID HOUSEHOLD WASTES AT LANDFILL

Изобретение относится к способам переработки несортированных твердых бытовых отходов (ТБО) посредством пиролиза и газификации в печи-реакторе с целью получения горючего газа и может быть использовано для термического уничтожения ТБО, хранящихся на полигонах крупных населенных пунктов.
Проблема уничтожения ТБО в настоящее время является актуальной, т.к. ее решение предотвращает угрозу здоровью и жизни населения, а также нарушению экологического равновесия.
Существует ряд способов переработки ТБО в режиме горения, например «Способ сжигания твердых бытовых и прочих органических отходов и устройство для его осуществления» (Патент РФ №2249766, МПК F23G 5/00, 2005), «Способ и устройство для сжигания твердых бытовых отходов» (Патент РФ №2265773, МПК F23G 5/0, 2005), включающие непосредственное сжигания ТБО в печах на колосниковых решетках.
Недостатком указанных способов являются загрязнение атмосферного воздуха ядовитыми продуктами горения, предотвратить который можно лишь путем использования дорогостоящей очистки дымовых газов.
Более перспективными являются способы, основанные на термообработке ТБО процессами газификации и пиролиза с получением топливного газа, например «Способ обработки твердых бытовых отходов» (Патент РФ №2254518, МПК F23G 5/24, 2005), «Способ пиролиза твердых бытовых отходов» (Патент РФ №1548601, МПК F23G 5/027, 1960). ТБО содержат значительное количество органических веществ: бумаги, древесины, пластмасс, резины и тому подобное, которые при нагреве без доступа кислорода образуют горючий газ. Твердые неорганические остатки, образующиеся после термообработки, неагрессивны к окружающей среде.
Известен ряд способов, основанных на последовательной слоевой термообработке твердых органических топлив в потоке газа-окислителя в печах шахтного типа (например, Патент США №4732091, МПК F23G 5/027, 1988 г.).
Основной недостаток способа заключается в использовании движущихся решеток, которые подвержены быстрому загрязнению и изнашиванию.
Известен способ термической переработки (Патент РФ №2079051, МПК F23G 5/027, 1994 г.), согласно которому частично горючие твердые бытовые отходы поступают в реактор (печь шахтного типа), где осуществляется последовательно сушка, пиролиз и газификация горючих составляющих ТБО. Топливный газ выводится из верхней части реактора с температурой не выше 400°C. Нагрев загружаемых ТБО производится за счет фильтрации газа в слой ТБО.
Основной недостаток способа заключается в поддержании необходимого соотношения массовых долей горючих и негорючих компонентов с целью организации требуемого температурного режима термопереработки.
Известен способ термической переработки несортированных ТБО (Патент РФ №2437030, МПК F23G 5/027, 2010), принятый за прототип. Согласно этому способу несортированные ТБО загружаются в термореактор - печь шахтного типа, где они последовательно проходят процессы сушки и пиролиза с газификацией твердого углеродистого остатка и удалением из реактора твердых неорганических веществ. Паровоздушную смесь подают под слой твердого углеродистого остатка для организации процесса газификации. Нагрев и сушку ТБО производят за счет теплообмена с фильтрацией потока газа. Распределение температур в термореакторе следующее: в зоне сушки 120-350°C, в зонах пиролиза и газификации до 1300°C, а температура горючего газа на выходе не выше 400°C.
Недостатками данного способа являются: во-первых, ограниченна газопроницаемость слоя ТБО, которая затрудняет тепломассобменные процессы; во-вторых, наличие загрузки ТБО в реактор и удаление твердой неорганики усложняют технологию переработки и приводят к ее удорожанию; в-третьих, организация рециркуляционного контура продуктов сушки в зону газификации приводит к усложнению технологии.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности технологии переработки ТБО.
Технический результат достигается тем, что в способе порционной термической переработки несортированных твердых бытовых отходов на полигоне, включающем поступление твердых бытовых отходов в нижнюю часть печи-реактора, подачу в верхнюю часть печи-реактора на горелки термогаза и подогретого воздуха, последовательные сушку, пиролиз и газификацию твердых бытовых отходов, вывод продуктов термической переработки в виде термогаза из зоны пиролиза и газификации, используют мобильную установку печь-реактор колпакового типа со сводовыми плоскопламенными горелками, которую устанавливают сверху на порцию слоя твердых бытовых отходов, после полного термического уничтожения порции слоя твердых бытовых отходов удаляют непереработанную неорганику, мобильную установку печь-реактор устанавливают на новую порцию слоя твердых бытовых отходов. Сушку осуществляют при температуре в пределах 100-350°C.
То есть термическая переработка порции слоя ТБО осуществляется за счет тепловой энергии, производимой плоскопламенными горелками. ТБО проходят последовательно процессы газификации, пиролиза и сушки вглубь слоя до полной его переработки. Продукты пиролиза и газификации в виде термогаза непрерывно выводятся из верхней части реактора. После переработки слоя ТБО мобильную установку перемещают на другое место, на следующую порцию слоя ТБО.
На чертеже представлена схема осуществления способа.
На слой несортированных ТБО непосредственно на полигоне устанавливают печь-реактор в виде колпака 1 со сводовыми плоскопламенными горелками 2. ТБО в печи-реакторе в виде колпака 1 проходят снизу вверх зону подсушки 3 и зону пиролиза и газификации 4. Термогаз отбирают из зоны пиролиза и газификации 4 и охлаждают в теплообменнике 5. Часть газа направляют потребителю, а часть - в сводовые плоскопламенные горелки 2. Туда же подают воздух, предварительно подогретый в теплообменнике 5.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом: подвижную установку - печь-реактор в виде колпака со сводовыми плоскопламенными горелками, обеспечивающими температуру в верхней части печи 1300°C, устанавливают на поверхность слоя несортированных ТБО непосредственно на полигоне.
Попадая таким образом в печь снизу, ТБО проходят процесс пиролиза с последующей газификацией твердого углеродистого остатка в верхней части печи в зоне пиролиза и газификации 4, обеспечивая прогрев нижних слоев и сушку ТБО в зоне подсушки 3 при температуре в пределах 100-350°C. Зону пиролиза и газификации располагают над зоной подсушки, исключая таким образом влияние газопроницаемости слоя ТБО на процесс термопереработки. Удаленная из ТБО влага в смеси с легкими летучими соединениями, попадая в зону пиролиза и газификации 4, взаимодействует с твердым углеродистым остатком (ТУО).
В зоне пиролиза и газификации 4 за счет теплообмена излучением горючие составляющие ТБО пиролизуются, образуя пиролизный газ и ТУО, который газифицируется с получением топливного газа. Смесь пиролизного и топливного газов (термогаз) отводят в теплообменник для последующего охлаждения до температуры не выше 400°C. Часть термогаза совместно с воздухом, предварительно подогретым в теплообменнике до температуры не ниже 300°C, подводят к горелкам печи-реактора. Оставшийся термогаз направляют потребителю. Процесс осуществляют до полного уничтожения порции ТБО. Непереработанные неорганические компоненты ТБО оставляют на грунте для дальнейшей утилизации. Затем мобильную установку переставляют на другое место для переработки следующей порции ТБО и т.д.
Таким образом, применение заявляемого способа обеспечивает повышение эффективности технологии переработки ТБО.