УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ МЕТОДОМ ПИРОЛИЗА
APPARATUS FOR HEAT TREATMENT OF SOLID MUNICIPAL WASTES BY PYROLYSIS

Изобретение относится к устройствам для термической переработки твердых коммунальных отходов (ТКО) и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве для обезвреживания и уничтожения отходов с одновременным получением газообразного топлива.
Известны устройства для обезвреживания и уничтожения несортированных и предварительно сортированных ТКО, которые представляют печь шахтного типа (реактор), содержащую загрузочное устройство, футерованный корпус с зонами сушки, пиролиза и газификации слоя ТКО, снабженную отверстиями для вывода газообразных продуктов переработки, устройствами для подготовки и подачи горючего газа внешнему потребителю и устройствами для удаления не переработанной неорганики (патент на изобретение RU №2089786, МПК F23G 5/00,1997 г., патент на изобретение RU №2089787, МПК F23G 5/00,1997 г., патент на изобретение RU №2201552, МПК F23G5/027, F23G 5/14, 2003 г., патент на изобретение RU №2282788, МПК F23G 5/027, 5/24, 2006 г., патент на изобретение RU №2433344, МПК F23G 5/027, 5/14, 5/24, 2010 г.).
Недостатками этих устройств являются: низкая надежность работы вследствие зависания перерабатываемых отходов в верхней части камеры газификации, связанное с выделением смол из отходов пиролизным газом, поднимающимся из нижней части камеры газификации; зависимость процесса термической переработки от газопроницаемости слоя ТКО; необходимость наличия устройств для разрыхления слоя ТКО при его спекании; сложность конструкции из-за наличия дополнительных энергоемких устройств для получения газифицирующего агента.
Известны устройства для термической переработки ТКО, работающие в режиме горения. Наиболее распространенными являются печи прямого сжигания слоя ТКО в потоке воздуха на неподвижных или движущихся колосниковых решетках специальной конструкции, размещенные в футерованном корпусе, снабженном газогорелочными устройствами (патент US №5265587, МПК F23H 07/04, 1993 г., патент на изобретение RU№2114357, МПК F23G 5/00, 1998 г., патент на изобретение RU №2265773, МПК F23G 5/00, F23B 1/16, С04В 2/10, 2003 г.).
Недостатками этих устройств являются обязательное наличие сложной и дорогой системы вторичной очистки дымовых газов, обусловленной содержанием в них диоксинов и фуранов, а также быстрая изнашиваемость колосниковых решеток и их загрязнение частицами пыли и смол. Сжигание ТКО сопряжено не только с трудностями нейтрализации токсичных компонентов дымовых газов, но и с утилизацией выделяющегося тепла. Фильтры мусоросжигающих печей обычно сопоставимы по стоимости с самой печью. Полученная в таких печах энергия не компенсирует расходы на сжигание ТКО.
Известны устройства для термического уничтожения твердых отходов, представляющие собой циклонные печи разуплотненного и псевдоожиженного слоя с подачей в потоке нагретого воздуха предварительно сортированных и измельченных ТКО, содержащие футерованный корпус с горелочными устройствами (патент на изобретение RU №224976, МПК F23G 5/00, 2002 г., патент на изобретение RU №2226468, МПК F23G 5/30, 2004 г.).
Недостатками таких устройств являются: использование дополнительных узлов и механизмов для осуществления процессов сепарации и измельчения ТКО; создание высоких скоростей (не ниже 28 м/с) движения потока смеси воздуха и отходов для организации более полного процесса горения.
Известны мобильные установки для термической переработки твердых коммунальных отходов непосредственно на свалках и полигонах. Наиболее распространенными являются вращающиеся печи, работающие в режиме горения, снабженные газовыми горелками и установленные на тягаче (патент на изобретение RU №2292515, МПК F23G 5/00, F23G 5/20, 2005 г., патент на изобретение RU №2456507, МПК F23G 5/20, 2011 г., патент на изобретение RU №2442931, МПК F23G 5/40, 2012 г.).
Недостатками установок являются: низкая производительность по сжигаемому мусору, сложность и громоздкость используемого оборудования.
Известна «Переносная установка-модуль для термической переработки твердых бытовых отходов на полигоне» (патент на изобретение РФ №2617230, МПК F23G 5/40, 2017 г.), содержащая металлический футерованный внутри прямоугольный корпус с плоским сводом, снабженный монтажными петлями для транспортировки, обрамленный металлическим каркасом с вертикальной ленточной опорой, установленным в нижней части по внешнему периметру корпуса-колпака и образующим канал для сбора газообразных продуктов переработки твердых бытовых отходов, соединенный с трубопроводом для подачи газа потребителю, оборудована радиационными трубами, установленными горизонтально под сводом корпуса-колпака, таким образом, чтобы расстояние от радиационных труб до слоя твердых коммунальных отходов не превышало 0,5 м, соединенными трубопроводами с каналом для сбора газообразных продуктов переработки отходов и с трубопроводом для подачи пускового газообразного топлива, при этом количество радиационных труб и их взаимное расположение определяют из условия обеспечения равномерного и устойчивого прогрева и термического разложения отходов за счет лучистого тепла.
Недостатками известной установки являются: неравномерность прогрева слоя ТКО из-за его неоднородности и различной дисперсности, значительные потери тепловой энергии через свод, что приводит к снижению эффективности переработки ТКО; сложность и громоздкость вспомогательного оборудования, трудности эксплуатации в зимний период.
Известна «Тоннельная печь» (Патент на полезную модель №149053, МПК F27B 9/12, F27B 9/14, F23G 5/027, С10В 53/02, C10J 3/00, В09В 3/00, C10L 5/00, 2014 г.), принятая за прототип, содержащая бункер-дозатор, ворошители, движитель, секцию сушки, оснащенную ИК-лампами, секцию пиролиза, оснащенную генераторами СВЧ и газовыми форсунками-распылителями, бункер-накопитель, оснащенный газовыми форсунками-распылителями.
Недостатками данного устройства является отсутствие возможности применения для термической для переработки ТКО, сложность конструкции, использование СВЧ излучения в качестве теплового излучения, что снижает выход продуктов пиролиза при переработке и приводит к снижению экологичности процесса.
Технической задачей является создание простого, надежного и эффективного устройства для термической переработки твердых коммунальных отходов методом пиролиза.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение энергетической эффективности переработки ТКО.
Технический результат достигается тем, что установка для термической переработки твердых коммунальных отходов методом пиролиза в виде тоннельной печи для пиролиза, которая во время эксплуатации работает в непрерывном режиме, на одном ее конце с устройством загрузки, оснащенным дозатором на входе и уравнительной пластиной на выходе, ленточным конвейером и устройством выгрузки зольного остатка на другом ее конце, снабженная патрубками для отвода пиролизного газа, образующегося в печи, содержит металлический футерованный изнутри прямоугольный корпус с теплоизолированным плоским сводом, под которым расположена металлическая рекуперативная камера, в которую встроены радиационные трубы диаметром D, установленные горизонтально вдоль печи на расстоянии L≥D друг от друга, таким образом, что их части выступают из рекуперативной камеры в рабочее пространство печи на 0,5 *D, со стороны сопла в каждой радиационной трубе выполнены радиальные отверстия для подачи воздуха на горение из рекуперативной камеры, снабженной входным патрубком с противоположной стороны, при этом коллектор для газообразных продуктов переработки твердых коммунальных отходов сообщен с патрубками для отвода пиролизного газа из рабочего пространства печи, с патрубком для последующей подачи газа внешнему потребителю и с патрубком для подачи газа на сжигание в сопла радиационных труб.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен вид установки для термической переработки твердых коммунальных отходов методом пиролиза в продольном разрезе; на фиг. 2 приведен вид установки для термической переработки твердых коммунальных отходов методом пиролиза в поперечном разрезе.
Установка для термической переработки твердых коммунальных отходов методом пиролиза в виде тоннельной печи для пиролиза, содержит металлический футерованный изнутри прямоугольный корпус 1 с теплоизолированным плоским сводом 2. На одном конце тоннельная печь снабжена устройством загрузки 3, оснащенным дозатором 4 на его входе и уравнительной пластиной на выходе (на чертеже не показана). На другом конце тоннельная печь снабжена устройством выгрузки 5 зольного остатка. В рабочем пространстве печи установлен ленточный конвейер 6, снабженный средством очистки 7 конвейерной ленты, выполненным, например, в виде скребка. Под сводом 2 расположена металлическая рекуперативная камера 8, в которую встроены радиационные трубы 9 диаметром D, установленные горизонтально вдоль печи на расстоянии L≥D друг от друга, из условия обеспечения равномерного и устойчивого прогрева и термического разложения ТКО за счет лучистого тепла. Рекуперативная камера 8 предназначена для подогрева воздуха, направляемого на горение, которое осуществляется в радиационных трубах 9. Радиационные трубы 9 установлены таким образом, что их части выступают из рекуперативной камеры 8 в рабочее пространство печи на 0,5*D. Со стороны сопла 10 в каждой радиационной трубе 9 выполнены радиальные отверстия 11 для подачи воздуха на горение из рекуперативной камеры 8, снабженной входным патрубком 12 с противоположной стороны. В боковых стенах печи равномерно расположены патрубки для отвода пиролизного газа 14 (газообразных продуктов переработки ТКО) из рабочего пространства печи сообщенные с коллектором 13 для сбора пиролизного газа. Коллектор 13 для газообразных продуктов переработки твердых коммунальных отходов так же сообщен с патрубком для последующей подачи газа внешнему потребителю 15 и с патрубком для подачи газа на сжигание 16 в сопла 10 радиационных труб 9.
Установка для термической переработки твердых коммунальных отходов работает следующим образом. Через загрузочное устройство 3, снабженное дозатором 4, производят непрерывную дозированную загрузку предварительно подготовленных ТКО на бесконечный ленточный конвейер 6 таким образом, чтобы высота слоя ТКО не превышала 0,5 м. Дозатор 4 имеет на выходе уравнительную пластину, с помощью которой регулируют толщину слоя ТКО. Транспортировка ТКО в течение всего производственного процесса осуществляется ленточным конвейером 6 обеспечивающим непрерывность технологического процесса термического разложения ТКО и получения пиролизного газа. Скорость движения конвейера 6 выбирают с учетом скорости термического разложения отходов.
Производят розжиг радиационных труб 9 путем подачи в них пускового газообразного топлива через сопла 10 и воздуха через отверстия 11 из рекуперативной камеры 8 для улучшения топливовоздушного смесеобразования и обеспечения устойчивого горения. Атмосферный воздух поступает в рекуперативную камеру 8 через патрубок 13. Радиационные трубы 9 изолируют пламя сжигаемого в них топлива от рабочего пространства печи и обеспечивают лучистый теплообмен в рабочем пространстве от теплоотдающих поверхностей. Размещение радиационных труб 9 таким образом, что их части выступают из рекуперативной камеры 8 в рабочее пространство печи на 0,5*D позволяет радиационным трубам 9 передавать теплоту излучением в верхней ее части - воздуху, движущемуся в рекуперативной камере 8, подогревая его, а в нижней ее части - слою ТКО, размещенному на ленте конвейера 6. Подогрев воздуха, направляемого на горение в рекуперативной камере 8, улучшает условия сгорания топлива, повышая температуру горения и эффективность процесса. Образующиеся продукты сгорания удаляют в атмосферу через патрубок 17.
Рекуперативная камера 8, заполненная воздухом, создает воздушную прослойку между теплоизолированным сводом 2 и радиационными трубами 9, что позволяет существенно снизить тепловые потери от радиационных труб 9 через свод 2, а, следовательно, сократить расход топлива, а также создать потоки направленного теплового излучения на слой ТКО, интенсифицирующие пиролиз отходов и повышающие энергетическую эффективность процесса.
Организованные лучистые потоки направленного действия воздействуя на слой ТКО, приводят к его термическому разложению при температуре не ниже 550°С с образованием газообразных продуктов (пирогаза) и твердого углеродистого остатка. Пирогаз удаляют из рабочего пространства печи через патрубки 14 в коллектор 13 для сбора пирогаза и далее через патрубок 15 для последующей подачи внешнему потребителю и через патрубок 16 на сжигание в сопла 10 радиационных труб 9. Оставшийся на конвейерной ленте после проведения процесса твердый углеродистый остаток собирают устройством выгрузки 5 зольного остатка для последующего использования в технологических целях.
После выхода установки для термической переработки твердых коммунальных отходов на рабочий режим производят отключение подачи пускового газообразного топлива в радиационные трубы 9, которые в дальнейшем будут работать на пирогазе.
Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет повысить энергетическую эффективность переработки предварительно подготовленных твердых коммунальных отходов.