ПИРОЛИЗНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
PYROLYSIS FURNACE FOR RECYCLING SOLID DOMESTIC AND INDUSTRIAL WASTES

Изобретение относится к одновременной переработке и утилизации отходов, в том числе промышленных, бытовых, углеводородных и медицинских отходов, путем пиролиза и газификации отходов.
Известна печь пиролиза органических продуктов, содержащихся в пиролизуемой смеси, снабженная вращающимся барабаном с наружным обогревом дымовыми газами топки, наружная и внутренняя поверхности которого оребрены, неподвижными загрузочным и разгрузочным торцами, соединенными со стороны входа с шнековым питателем смеси и вентилятором подачи газа пиролиза из нейтрализатора, на выходе твердых остатков пиролиза через секторные питатели с сушилкой-смесителем и экстрактором, а на выходе дымовых газов и газа пиролиза с циклонами, связанными на выходе пыли продукта с указанным шнековым питателем; с печью пиролиза сблокирована топка, расположенная ниже указанной печи и снабженная движущейся колосниковой решеткой для сжигания промытых твердых остатков пиролиза, горелками, расположенными выше полотна колосниковой решетки для сжигания жидких и газообразных продуктов пиролиза и несконденсированных газов, в период пуска завода - резервного топлива, а также соплами острого дутья, расположенными выше горелок. [Заявка №2008144166 Российская Федерация, МПК F23G 5/00. Способ и завод для переработки отходов / Рабинер Юрий (US); заявитель Рабинер Юрий (US). - №2008144166/03; заявл. 23.03.2007; опубл. 10.05.2010].
Недостатками аналога являются высокая стоимость, недостаточная эффективность и объемы сжигаемых отходов.
Наиболее близким по технической сущности является пиролизный реактор для переработки бытовых отходов, содержащий вытянутый в продольном направлении корпус и муфель, установленный внутри корпуса, и имеющий вытянутую в продольном направлении по корпусу конфигурацию, стенки которого выполнены из жаропрочного материала, при этом муфель выполнен имеющим в поперечном сечении форму треугольника со скругленными по большому радиусу углами, скругленная вершина которого размещена в верхней части муфеля, а два скругленных угла расположены в нижней части муфеля и образуют, в свою очередь, две субкамеры муфеля с размещением в них шнеков перемещения смеси бытовых отходов в процессе пиролиза, причем камера сгорания топки пиролизного реактора выполнена в виде охватывающего муфель пустотелого кожуха, внутри которого размещен муфель, снабженный горелками, установленными с возможностью подачи в них и розжига в камере сгорания теплоносителя, а пиролизный реактор снабжен дополнительной дымотепловой камерой, выполненной в виде охватывающей камеру сгорания топки пиролизного реактора пустотелой рубашки, теплоизолированной от внешней среды, соединенной с камерой сгорания и установленной с возможностью выполнения функции магистрали отвода тепла и/или дымовых газов, полученных в камере сгорания топки пиролизного реактора в результате обеспечения процесса пиролиза смеси бытовых отходов на этап их предварительной сушки с одновременным выполнением функции дополнительного теплоизолирующего экрана вокруг камеры сгорания пиролизного реактора, сохраняющей потребный тепловой режим в камере сгорания топки пиролизного реактора [Пат. 2380615 Российская Федерация, МПК F23G 5/02, 5/12. Способ переработки бытовых отходов с использованием пиролизного реактора, система для его осуществления и пиролизный реактор / ФИРЕР Аркади Михаель (US), Загорский Денис Алексеевич (RU); заявитель и патентообладатель ГринЛайтс Энерджи Солюшнс, Общество с ограниченной ответственностью (US). - №2008139002/03; заявл 01.10.2008; опубл. 27.01.2010, Бюл. №3. - 22 с.]
Недостатками прототипа являются высокая стоимость переработки, недостаточная эффективность и объемы сжигаемых отходов.
Техническим результатом изобретения является улучшение экологии за счет более полного сжигания, снижение стоимости переработки, повышение эффективности утилизации и объемов сжигаемых отходов.
Указанный результат достигается тем, что пиролизная печь для утилизации твердых бытовых и промышленных отходов, содержащая корпус, стенки которого выполнены из жаропрочного материала, пиролизный реактор цилиндрической формы, топку пиролизного реактора с камерой сгорания, снабженную горелками, установленными с возможностью подачи в них и розжига в камере сгорания теплоносителя, согласно изобретению, состоит из 30 вертикально расположенных цилиндрической формы реакторов, соединенных в верхней части парами и имеющих для каждой пары общую камеру загрузки (бункер) твердых бытовых и промышленных отходов; топка является общей для всех реакторов, установлена у начала печи в нижней его части и имеет подводку к наружной поверхности каждого из реакторов от общего теплопровода с ответвлениями к каждому реактору в форме арок из огнеупорного кирпича, внутри топки вдоль его стенок установлен паровой котел в виде радиатора; каждый реактор соосно помещен в отдельную шахту цилиндрической формы, футированную (выложенную) изнутри со стороны реактора слоем огнеупорного кирпича, образуя пустотную полость цилиндрической формы между реактором и шахтой, снаружи шахта выложена слоем красного кирпича; каждая пара реакторов помещена в секцию прямоугольного сечения, каждая шахта реактора соединена отдельным дымоходом с общим отводящим дымоходом, снабженным заслонкой между ними, каждый реактор соединен отдельным трубопроводом с общим трубопроводом для отвода и возврата получаемого в результате пиролиза синтез-газа обратно в топку; каждая шахта реактора цилиндрической формы из огнеупорного кирпича имеет в верхней части по периметру шесть отверстий для соединения с прямоугольной секцией пары реакторов, соединенной в свою очередь с дымоходом, заканчивающимся в конце печи вертикальной выводной трубой; в каждой секции каждый реактор с его шахтой в паре отделен от второго реактора с его шахтой вертикальной кирпичной перегородкой, при этом по три отверстия из шести в верхней части шахты изолированы от других трех отверстий в ней; верхняя часть корпуса печи закрыта емкостью прямоугольной формы для нагрева воды, причем нижней частью емкости герметично закрыты все шахты и секции печи; нижняя часть каждого реактора выполнена в форме усеченного конуса с выводом трубы меньшего, чем диаметр реактора, сечения, ниже уровня дна печи, для выведения полученного в результате пиролиза шлака.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показаны начало и конец печи, на фиг. 2 - фрагмент печи с каналом в виде арки, фиг. 3 - поперечный разрез одной секции печи, на фиг. 4 - разрез печи по А-А, фиг. 5 - разрез печи по Б-Б, фиг. 6 - общий вид печи.
Описание изобретения в статическом состоянии.
Пиролизная печь для утилизации твердых бытовых и промышленных отходов содержит корпус 1, стенки которого выполнены из жаропрочного материала, внутри которого содержит 30 вертикально расположенных цилиндрической формы реакторов 2, соединенных в верхней части парами и имеющих для каждой пары общую камеру загрузки 3 (бункер) твердых бытовых и промышленных отходов.
У начала печи в нижней его части установлена топка 4 с камерой сгорания 5, снабженной горелками, установленными с возможностью подачи в них и розжига в камере сгорания 5 теплоносителя. Топка 4 является общей для всех реакторов 2, установлена у начала печи в нижней его части и имеет подводку к наружной поверхности каждого из реакторов 2 от общего теплопровода 6 с ответвлениями 7 в форме арок из огнеупорного кирпича к каждому реактору 2. Внутри топки 4 вдоль его стенок установлен паровой котел 8 в виде радиатора (миниТЭЦ).
Каждый реактор 2 соосно помещен в отдельную шахту 9 цилиндрической формы, выложенную с внешней стороны реактора слоем огнеупорного кирпича, образуя пустотную полость цилиндрической формы между реактором 2 и шахтой 9, снаружи шахта выложена слоем красного кирпича.
Каждая пара реакторов 2 с шахтами 9 помещена в секцию 10 прямоугольного сечения, каждая секция 10 соединена парой отдельных дымоходов 11 с общим отводящим дымоходом 12, снабженными заслонкой 13 между ними.
Каждый реактор 2 соединен отдельным трубопроводом 14 с общим трубопроводом 15 для отвода, очистки и возврата получаемого в результате пиролиза синтез-газа обратно в топку 4.
Каждая шахта 9 реактора 2 цилиндрической формы из огнеупорного кирпича имеет в верхней части по периметру шесть отверстий 16 для соединения с прямоугольной секцией 10 пары реакторов 2, соединенной в свою очередь с отдельным дымоходом 11, затем с общим отводящим дымоходом 12, заканчивающимся в конце печи вертикальной выводной трубой 17.
В каждой секции 10 каждый реактор 2 с его шахтой 9 в паре отделен от второго реактора 2 с его шахтой 9 вертикальной кирпичной перегородкой 18, при этом по три отверстия 16 из шести в верхней части шахты 9 изолированы от других трех отверстий 16 в ней.
Верхняя часть корпуса 1 печи закрыта емкостью 19 прямоугольной формы для нагрева и накопления воды, причем ее нижней частью герметично закрыты все шахты 9 и секции 10 печи.
Нижняя часть каждого реактора 2 выполнена в форме усеченного конуса с выводом трубы 20 меньшего, чем диаметр реактора 2, сечения, ниже уровня дна печи, для выведения полученного в результате пиролиза шлака.
Пиролизная печь работает следующим образом.
Вначале вводят в действие три ближайшие к топке 4 секции 10 прямоугольного сечения с тремя парами реакторов 2, помещенных в шахты 9. Для этого в общую камеру загрузки (бункер) 3 соединенных в верхней части парами вертикально расположенных цилиндрической формы реакторов 2, загружают твердые бытовые и промышленные, в том числе углеводородные и медицинские отходы, которые поступают в реакторы 2. Перед предварительным розжигом открывают три пары заслонок 13 между тремя секциями 10 и дымоходом 11, соединенным в свою очередь с общим отводящим дымоходом 12, для возникновения тяги воздуха. Остальные заслонки 13 оставляют закрытыми. Начинают нагревать печь сжиганием первоначального теплоносителя в камере сгорания 5 топки 4. За счет тяги воздуха тепло из камеры сгорания 5 топки 4 по теплопроводу 6, затем по подводке в форме арок, поступает к наружной поверхности каждого реактора 2 в трех первых секциях 10 печи, нагревая их. Далее тепло поднимается вверх вдоль наружной поверхности реакторов 2 внутри шахт 9, в верхней части шахт 9 проходит через отверстия 16, и по пустотной полости опускается вниз уже в прямоугольной секции 10. Далее тепло по отдельным дымоходам 11 поступает через открытые заслонки 13 в общий отводящий дымоход 12 и по вертикальной выводной трубе 17 выводится наружу в атмосферу. После достижения в топке температуры 1500-2000°С, а одновременно в реакторах 500-900°С, в реакторах начинается процесс пиролиза и образуется синтез-газ, который по отдельным трубопроводам 14 поступает в общий трубопровод 15, а затем после охлаждения и очистки составляющая в виде пара и газов возвращается обратно в топку 4, поднимая температуру в ней до 2000°С (можно достигнуть максимума 2800 С°), а составляющая в виде нефтепродуктов - в отдельную емкость. После начала выделения синтез-газа уже не требуется подведения теплоносителя извне для проведения процесса, и появляется возможность постепенно подключать и остальные секции 10 с реакторами 2 в шахтах 9 печи, открывая заслонки 13 в следующих 3-х секциях 10, т.е. 6-ти реакторах 2. В печи может работать любое из имеющегося количества реакторов 2 за счет вертикальной кирпичной перегородки 18, которая позволяет изолировать каждый реактор 2 со своей шахтой 9 с отверстиями 16 от второго реактора 2 с его шахтой 9 и отверстиями 16 в паре с секции 10. Образованный в реакторах 2 в результате переработки шлак выводится из его нижней части в форме усеченного конуса с трубой 20 меньшего, чем диаметр реактора 2, сечения, ниже уровня дна печи. Этот шлак далее можно использовать для производства строительных материалов. В верхней части корпуса 1 печи, закрытой емкостью 19 прямоугольной формы, нагревают воду для пополнения радиаторов парового котла, установленного в топке печи и для бытовых нужд за счет тепла, поступающего снизу от шахт 9 и секций 10. Пар, образующийся в паровом котеле 8 в виде радиатора, установленного вдоль стенок топки 4 внутри ее, поступает далее в электрогенератор для выработки электроэнергии для нужд населения (может обслуживаться до 150 тыс.человек населения) и обслуживания самой печи, в систему отопления.
Благодаря высокой температуре печь не нуждается ни в каких фильтрах, т.к. все сжигается при 1500-2000°С.
Каждый реактор 2 в течение суток заправляется по 7-9 раз благодаря высокой температуре в топке 4 печи. Процесс утилизации с 3-х шахт, с 6-ти реакторов происходит в течение 2-х - 3-х часов. Объем одного реактора 2 составляет 11,5 м, за время работы всех 30-ти реакторов 2 объем переработки с одной заправки составляет 345 м, а со всех заправок - 2760 м в сутки.
В каждой секции 10 каждый реактор 2 имеет возможность работать независимо друг от друга, что позволяет перерабатывать любые виды отходов.
Жароустойчивые каналы-ответвления 7 в форме арки, по которым тепло попадает сначала в первый реактор 2, затем во второй реактор 2 и далее в последующие реакторы, имеют высоту 1,2 м, ширину 0,8 м, длину 51 м. На входе в каждую шахту 9 каналы-ответвления в форме арки сужаются до высоты 0,5 м, а ширины 0,8 м., что позволяет усиливать тягу воздуха и повышение температуры нагрева. После этого тепло поднимается по шахте 9 вверх вдоль реактора 2 высотой 8 м, а затем через отверстия 16, выполненные в верхней части шахт 9 спускается вниз на то же расстояние и далее выводится в дымоход 12 сечением 1,2 на 0,8 м, затем в выводную трубу 17 диаметром 1,0 м. и высотой 60 м.
Общее расстояние от топки 4 до выводной конечной трубы 17 составляет 138,0 м., а общая высота печи 15 м.
Печь строится из огнеупорного кирпича (Ш-8) и красного печного кирпича, внутри печи - слой огнеупорного кирпича толщиной 0,25 м, а снаружи - слой красного печного кирпича толщиной 0,375 м, при этом общая толщина слоя стены шахты, арки и топки в печи - 0,625 м.
Образующиеся в процессе сгорания в печи экологически вредные вещества (диоксид, фуран и др.) не выводятся наружу в атмосферу, т.к. сгорают с процессе сжигания при сверхвысокой температуре в реакторах, т.к. все сжигается при 1500-2000°С, а остатки в виде пыли отлагаются на стенах печи и удаляются (очищаются) во время профилактического обслуживания печи примерно 1 раз в 5 лет и утилизируются. При этом доступ к пыли легок за счет размеров печи и дымоходов.