УСТРОЙСТВО ЗАГРУЗКИ РЕАКТОРА ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области термической переработки (газификации, деструкции, обезвреживания) отходов различного происхождения, в том числе твердых бытовых и промышленных отходов, растительных и биологических отходов в сельскохозяйственном производстве.
Термическую переработку отходов осуществляют, как правило, в герметизированном реакторе под воздействием высокой температуры, создаваемой электродуговыми нагревателями (плазмотронами) или горелками другого типа. При этом происходит разрушение химических связей перерабатываемого материала. В результате реакции с участием органических составляющих отходов вырабатывается синтетический газ (сингаз), который используют для получения ценных вторичных продуктов - электроэнергии, тепла, водорода, жидкого топлива, удобрений и пр. Однако, наряду с образованием сингаза в реакторе, в зависимости от морфологического и химического состава загружаемого перерабатываемого материала, образуются опасные и вредные продукты, такие как диоксины, фураны, оксиды азота, диоксид серы и др., устранение которых предполагает применение специальных сложных систем газоочистки.
Состав газов, генерируемых в результате термических процессов в реакторе, формируется в результате протекания физико-химических реакций в нескольких реакционных зонах - зонах сушки, пиролиза, газификации, горения и плавления. Необходимо контролировать непосредственно в процессе работы и поддерживать внутри реактора определенный объем, массу, состав и другие физические параметры реакционной среды, т.е. управлять количеством и фракционным составом и свойствами материала, подаваемого в реакционный объем, а также составом газовой смеси (окислителя, пара).
Известно устройство для загрузки отходов в плазмохимический реактор по патенту РФ №44202 U1, содержащее два ряда шиберов на загрузочном канале, попеременное открытие/закрытие которых обеспечивает подачу отходов в реактор порциями. Известна также плазменная шахтная печь для переработки радиоактивных отходов по авторскому свидетельству СССР №1810911, узел загрузки которой состоит из бункера, расположенного в верхней части шахты, внутренний объем которого сверху и снизу перекрывается двумя задвижками. Между ними на оси установлен опрокидывающийся короб, который после заполнения его отходами и открытия нижней задвижки подает порцию отходов в шахту, после чего задвижка закрывается.
Недостатком известных устройств является их низкая надежность, обусловленная отсутствием контроля фракционного состава, плотности, влажности, объема и массы загружаемого для переработки материала. Недостатком также является вероятность заклинивания подающих механизмов питателей при попадании твердых фрагментов отходов в зазоры между подвижными и неподвижными частями загрузочных механизмов, негерметичность загрузочных устройств, что приводит к утечке газообразных продуктов переработки отходов из реактора и попадания избытка наружного воздуха внутрь реактора.
Известна полезная модель (RU 93134 - прототип) "Устройство загрузки реактора термической переработки отходов", в которой отходы подаются посредством единственного горизонтального шнекового питателя в загрузочный бункер, откуда затем с помощью вертикального поршневого прессователя проталкиваются в шахту реактора через загрузочное окно, перекрываемое шибером.
Основным недостатком известного устройства является отсутствие средств для мониторинга процесса по массе подаваемых на переработку материалов, а также их физико-химических свойств, например влажности, что важно для получения требуемых параметров продуктов переработки, также недостатком является возможность заклинивания фрагментов подаваемых отходов в зазорах между лопастями спирали шнекового питателя и стенками его корпуса.
Задачами полезной модели являются обеспечение непрерывного мониторинга массы подаваемых в реактор порций отходов, их влажности, обеспечение и мониторинг физико-химических свойств перерабатываемого материала, повышение надежности работы загрузочного устройства.
Техническим результатом от применения полезной модели является обеспечение непрерывного мониторинга физико-химических свойств загружаемого для переработки материала и повышение рентабельности переработки путем получения заданного состава продуктов переработки, повышение надежности устройства путем существенного уменьшения вероятности заклинивания механизмов, поддерживания стабильности протекания физико-химических процессов, обеспечения неизменности газового состава внутри реакционного объема, уменьшения утечек опасных газообразных продуктов переработки отходов и исключения неконтролируемого попадания кислорода в реакционный объем.
Технический результат достигается тем, что устройство загрузки реактора термической переработки отходов содержит, по меньшей мере, один питатель, загрузочную камеру расположенную вертикально над шахтой реактора, шиберную заслонку, размещенную в проеме между загрузочной камерой и шахтой реактора, поршневой пресователь с приводом, установленный в загрузочной камере с возможностью фиксированного возвратно-поступательного перемещения. Поршень прессователя выполнен с возможностью герметизации надпоршневого пространства от подпоршневого в заданной части загрузочной камеры. Питатель установлен под наклоном к вертикальной оси реактора. Устройство загрузки снабжено плотномером и влагомером, установленными на внешней поверхности загрузочной камеры. Устройство загрузки выполнено с возможностью дозированной подачи в реакционный объем подшихтовочных материалов. Плотномер и влагомер установлены между границами минимальной и максимальной загрузки камеры. Питатель установлен в закрытом герметизированном корпусе и выполнен в виде безосевого винтового шнекового конвейера, при этом наклон его к вертикальной оси составляет 40-45°. Устройство снабжено дополнительным питателем для подачи в реакционный объем подшихтовочных материалов. Дополнительный питатель установлен в закрытом герметизированном корпусе и выполнен в виде безосевого винтового шнекового конвейера, при этом наклон его к вертикальной оси составляет 40-45°. Задвижка шиберного затвора и стенки загрузочной камеры выполнены с жидкостным охлаждением. Поршень прессователя установлен с зазором относительно стенок загрузочной камеры, при этом зазор уменьшается в направлении сверху вниз. Поршень выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а также вращения вокруг оси штока, а внешняя нижняя часть поршня снабжена выступающими ребрами. Поршень прессователя выполнен из верхнего и нижнего дисков и снабжен кольцевой эластичной манжетой. Между дисками расположены радиальные ребра, в секциях, образованных упомянутыми ребрами, размещены толкатели с закрепленными на их концах, обращенных к манжете, сегментами обечайки с возможностью взаимодействия с манжетой под действием приводного стержня, установленного в полом штоке поршня, имеющего на конце кулачок для взаимодействия с толкателями. Толкатели снабжены возвратными пружинами, а механизм перемещения приводного стержня выполнен в виде соленоида, снабженного возвратной пружиной. Устройство загрузки реактора термической переработки отходов снабжено датчиками уровня отходов, установленными в загрузочной камере на границе ее максимальной загрузки одной порцией отходов, а также датчиками уровня отходов в шахте реактора.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 Изображен схематически общий вид устройства загрузки реактора переработки отходов.
На фиг.2 изображен вертикальный разрез поршня прессователя.
На фиг.3 изображен горизонтальный разрез поршня прессователя.
На фиг.4 изображена нижняя поверхность поршня прессователя.
Устройство содержит загрузочную камеру 1, расположенную вертикально над шахтой реактора 2, по меньшей мере, один питатель, включающий приемный бункер 3, рабочий орган 4 с приводом 5. Рабочий орган 4 питателя выполнен в виде безосевого винтового шнекового конвейера и размещен в загрузочном тракте 6. Загрузочный тракт 6 сообщен с загрузочной камерой 1 посредством окна в стенке камеры. В загрузочной камере 1 размещен поршневой прессователь, содержащий шток 7 с приводом 8 и закрепленным на штоке 7 поршнем 9. Привод 8 штока 7 выполнен электромеханическим.
Загрузочная камера 1 сообщена с шахтой реактора 2 через проем, в котором установлена шиберная заслонка 10 с приводом 11. Шиберная заслонка 10 выполнена полой и снабжена патрубками и гибкой подводкой для подачи жидкости охлаждения (воды, трансформаторного масла и т.п.) для предотвращения перегрева заслонки под воздействием лучевого теплового воздействия со стороны находящегося в донной части реактора расплава шлака, что имеет место в период начального разогрева реактора при отсутствии массы отходов в шахте. Такое устройство шиберного затвора описано в патенте на изобретение РФ №2252363 и патенте на полезную модель РФ №30932. Загрузочная камера 1 в своей нижней части, между нижним обрезом выходного окна питателя и шиберной заслонкой 10 имеет конусность с сужением в сторону заслонки 10 (к низу).
Устройство снабжено элементами управления и контроля. Шахта реактора 2 снабжена датчиками 12 уровня отходов в шахте, загрузочная камера также снабжена датчиками 13 уровня отходов, установленными в ней на границе максимальной загрузки одной порцией отходов. Применяют датчики акустические (в частности UWT Nivowave), радарные бесконтактные уровнемеры, емкостные датчики уровня (СУС-100, РИС 101 Ml и т.д.), радиоволновые, микроволновые, радиолокационные уровнемеры (УР 203 Ех, РДУ-Х2, РДУ-Х8). Упомянутые датчики связанны с контроллерами 14 управления исполнительными механизмами системы подачи и загрузки отходов в реактор.
Пример выполнения - два микроволновых (или другого подходящего типа) датчика уровня устанавливают взаимно перпендикулярно в загрузочной камере на границе ее максимальной загрузки одной порцией отходов, датчики работают по принципу "и - и", а два других датчика установлены аналогично в верхней части шахты на границе ее максимальной загрузки.
Поршень 9 выполнен из верхнего и нижнего дисков 15, 16 и снабжен кольцевой эластичной манжетой 17, выполненной с возможностью расширения под действием распорного механизма. Между дисками 15, 16 расположены радиальные ребра 18. В секциях, образованных ребрами 18, размещены толкатели 19 с закрепленными на их концах, обращенных к эластичной манжете 17, охватывающей поршень 9 по окружности, сегментами обечайки 20, прилегающими к манжете 17. Привод толкателей 19 выполнен в виде приводного стержня 21, размещенного в полом штоке 7 поршневого прессователя. На конце стержня 21, взаимодействующего с толкателями 19 установлен кулачок 22. Толкатели 19 снабжены также возвратными пружинами 23. Механизм 24 перемещения стержня 21 выполнен в виде соленоида, снабженного возвратной пружиной. Внешняя нижняя поверхность поршня 9 выполнена профилированной, на ней имеются выступающие ребра 25.
60
252
На внешней поверхности загрузочной камеры 1 между границами минимальной и максимальной загрузки камеры 1 установлены плотномер 26, предпочтительно радиационно-альбедного типа (на основе, например, гамма-изотопа Со), и влагомер 27 (например, радиационно-захватного типа на основе изотопа Cf или иного известного типа). Упомянутые плотномер 26 и влагомер 27 размещены на уровне, соответствующем положению фиксированного объема подпрессованной порции отходов.
Дозированные количества материалов подшихтовки (таких, например, как базальтовая крошка, стеклообразующих подсадок и др.), необходимые для обеспечения специфического состава и химико-физических свойств шлака, вносят в состав загружаемого в реактор материала посредством одного из питателей. В этой связи загрузочный узел реактора предпочтительно снабжают двумя и более питателями.
Устройство работает следующим образом.
Приемный бункер 3 питателя загружают отходами (перерабатываемым материалом) с помощью грейферного крана или любого другого погрузочного средства. Поршень 9 прессователя находится в крайнем верхнем положении, так что нижняя плоскость поршня находится выше верхнего обреза окна загрузочного тракта 6 питателя. При этом эластичная манжета 17 находится в положении, при котором зазор между поршнем и стенками загрузочной камеры 1 остается достаточно большим для предотвращения закусывания твердых фрагментов отходов при перемещении поршня 9 вниз и заклинивания прессователя. Заслонка 10 находится в положении, при котором она полностью перекрывает сечение загрузочной камеры в его нижней части, отделяющее загрузочную камеру от внутреннего пространства шахты реактора 2.
По сигналу от датчика 13, отмечающего отсутствие перерабатываемого материала в нижней части загрузочной камеры 1, включается привод 5 питателя и происходит подача перерабатываемого материала в загрузочную камеру 1. При достижении насыпной массой материала в нижней части загрузочной камеры 1 уровня индикации датчика 13 выдается команда на остановку питателя и включение привода 8 прессователя.
Поршень 9 прессователя под воздействием привода 8 перемещается вниз по направлению к закрытой шиберной заслонке 10, уплотняя насыпанный материал в нижней части загрузочной камеры 1. Привод 8 поршневого прессователя обеспечивает одновременно с продвижением поршня вниз его поворот вокруг оси штока 7, в результате происходит разравнивание уплотняемого материала, что снижает вероятность заклинивания поршня от попадания твердых фрагментов в зазор между поршнем и стенками загрузочной камеры 1. Загрузочная камера 1 в своей нижней части (между нижним обрезом выходного окна питателя и шиберной заслонкой 10) имеет небольшую конусность с сужением в сторону заслонки 10. По мере продвижения поршня 9 вниз зазор между ним и стенками камеры 1 уменьшается, оставаясь, однако, достаточным, чтобы не возникала возможность закусывания твердых фрагментов материала отходов.
В процессе уплотнения порции материала отходов лишний воздух, заполняющий промежутки между его фрагментами, выдавливается в верхнюю часть загрузочной камеры через зазор между поршнем 9 и стенками загрузочной камеры 1. По достижении поршнем 9 крайнего нижнего положения происходит расширение эластичной манжеты 17 поршня 9 до полного прижатия к стенками загрузочной камеры 1 и герметизации подпоршневого пространства. На соленоид распорного механизма подают напряжение, сердечник соленоида втягивается, заставляя тем самым стержень 21 с кулачком 22 приподниматься Расширенный книзу конусообразный кулачок при перемещении вверх смещает толкатели 19 в направлении манжеты 17 и, воздействуя на нее посредством сегментированной обечайки 20 прижимают манжету 17 к стенке загрузочной камеры 1, обеспечивая таким образом герметизацию подпоршневого пространства. Обратный ход сердечника со стержнем 21 и кулачком 22 при обесточивании соленоида обеспечивается за счет возвратной пружины.
Поршень 9 уплотняет насыпанный материал до заранее выбранной степени (например, до уменьшения объема материала примерно вдвое от первоначального заполнения нижней части загрузочной камеры 1), т.е. до достижения поршнем 9 некоторого установленного положения над шиберной заслонкой 10. Фиксированный объем каждой порции перерабатываемого материала позволяет контролировать массу материала в каждой порции. Плотномер 26 и влагомер 27 регистрируют плотность порции материала и его влажность. Параметр плотности и влажности при фиксированном объеме порции позволяет определить массу загружаемой порции, а с учетом регистрируемого времени между очередными подачами порций отходов в шахту реактора - и текущую производительность процесса газификации и переработки отходов.
После достижения поршнем 9 нижнего положения в процессе подпрессовки отходов и по сигналу датчика 12 об отсутствии материала в шахте реактора 2 выше линии индикации упомянутого датчика 12, привод 11 перемещает шиберную заслонку 10 открывая проем между камерой 1 и шахтой реактора 2. Привод 8 перемещает поршень 9 вниз до уровня заслонки 10, выталкивая спрессованную массу перерабатываемых материалов в шахту реактора 2. Герметичное уплотнение поршня 9 при этом исключает возможность утечки газов из шахты реактора 2 через загрузочную камеру.
После освобождения загрузочной камеры 1 заслонка 10 закрывает проем. Поршень 9 занимает исходное положение выше загрузочного тракта 6 окна питателя. Включается привод питателя и происходит подача в загрузочный бункер очередной порции отходов (перерабатываемых материалов). Устройство готово к следующему циклу работы.