СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF RECOVERY OF SOLID HOUSEHOLD WASTES COMBUSTION HEAT AT INCINERATOR PLANT AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к технике и технологии термического обезвреживания твердых бытовых отходов и предназначено для снижения их негативного влияния на окружающую среду и повышения эффективности производства энергии на мусоросжигательных установках (МСУ).
Известны способ и устройство для утилизации теплоты сгорания твердых бытовых отходов (DE 4235464 А1, опубл. 28.04.1994), согласно которым в процессе горения отходов, в испарителе котла МСУ образуется питательная вода и пар высокого давления, образующийся в качестве насыщенного пара или влажного пара, который выводится из котла и перегревается во внешнем котле отопления и затем подается на турбины высокого давления для производства электроэнергии. Таким образом, энтальпия сгорания отходов может быть использована с высокой степенью эффективности, конвертировав весь пар МСУ в электроэнергию.
Традиционная схема утилизации тепла на МСУ по данному изобретению имеет и традиционный недостаток: в качестве теплоносителя используется пар, получаемый из специально подготовленной химически очищенной воды. Система водоподготовки, как правило, выполняется замкнутой и требует больших капитальных и эксплуатационных затрат.
Известны способ и устройство использования мусора или других отходов в качестве топлива для экологически чистого производства электроэнергии (ЕР 0399104 А1, опубл. 08.12.89), в которых пар, вырабатываемый в теплоутилизационной системе МСУ подается на турбины электростанции и используется для генерации электрического тока.
Это позволяет при генерации энергии на МСУ использовать вырабатываемую электроэнергию для работы аппаратов системы очистки дымовых от газов продуктов сжигания ТБО на выходе МСУ, насосов системы водоподготовки, транспортеров для подачи ТБО в печь и вспомогательных устройств МСУ.
Недостатком известного изобретения является необходимость охлаждения отходящих газов в газоводяных теплообменных аппаратах перед системой газоочистки, что приводит к получению пара для работы паровой турбины и тепловой энергии для отопительных и производственных целей, при этом система водоподготовки и кондиционирования пара перед турбиной, как правило, выполняется замкнутой и требует больших капитальных и эксплуатационных затрат.
Прототипом предложенного изобретения являются способ и устройство для использования твердых бытовых отходов, на тепловых электростанциях (ТЭС) в качестве топлива, для экологически чистого производства электроэнергии (ЕР 1428987 А1, опубл. 24.04.2003), в которых отходы сжигаются в реакторе сгорания с регулируемой скоростью воздушного потока, дымовые газы охлаждаются в газовоздушных теплообменных аппаратах и очищаются в системе газоочистки, а очищенные дымовые газы, в смеси с воздухом, используют в указанных электростанциях для работы газотурбинных генерирующих установок.
Недостатками известного изобретения являются: необходимость дополнительного нагрева смеси отходящих газов с воздухом перед газотурбинными генерирующими установками за счет дополнительной подачи и сжигания топлива, что приводит к удорожанию стоимости вырабатываемой энергии, а также к необходимости в дополнительной газоочистке отходящих газов после газовой турбины от продуктов сгорания дополнительно подаваемого топлива.
В первом и втором объектах изобретения достигается технический результат, заключающийся в снижении затрат на получение тепловой энергии за счет исключения замкнутой системы водяного охлаждения отходящих газов, а также исключения дополнительного нагрева смеси отходящих газов с воздухом перед газотурбинными генерирующими установками за счет дополнительной подачи и сжигания топлива, и дополнительной газоочистки отходящих газов после газовой турбины от продуктов сгорания дополнительно подаваемого топлива.
Указанный технический результат в первом объекте изобретения достигается следующим образом.
Способ утилизации теплоты сгорания твердых бытовых отходов на мусоросжигательной установке заключается в том, что поток отходящих газов, образующихся в мусоросжигательной установке, оснащенной печью, системами дожигания и охлаждения отходящих газов, газоочистки и золошлакоудаления, поступает с температурой 1150°С-1250°С из системы дожигания поочередно в параллельно подключенные проточные двухканальные газовоздушные теплообменные аппараты.
Теплообменные аппараты образуют совместно с системой подачи сжатого воздуха, воздушной турбиной и генератором систему генерации электрической энергии.
В процессе утилизации проводят переключение подачи потока отходящих газов в каждый последующий теплообменный аппарат после нагрева предыдущего теплообменного аппарата до температуры 800°С-1000°С.
Поток отходящих газов, охлажденный при прохождении в каждом теплообменном аппарате, подается после системы газоочистки в атмосферу.
После нагрева в каждый теплообменный аппарат поочередно подается сжатый воздух, который нагревается в каждом аппарате до температуры 600°С-800°С и поступает во входное устройство воздушной турбины, соединенной с генератором электрической энергии.
При прохождении через воздушную турбину сжатый воздух охлаждается и подается в печь мусоросжигательной установки.
Кроме того, поток отходящих газов охлаждается при прохождении в каждом теплообменном аппарате до температуры 250°С-350°С.
Также сжатый воздух при прохождении через воздушную турбину охлаждается до температуры 250°С-350°С.
Указанный технический результат во втором объекте изобретения достигается следующим образом.
Устройство для утилизации теплоты сгорания твердых бытовых отходов мусоросжигательной установки, оснащенной печью, системами дожигания отходящих газов, газоочистки, золошлакоудаления и соединенной с системой генерации электрической энергии, включает систему параллельно подключенных проточных однокорпусных двухканальных газовоздушных теплообменных аппаратов с высокой собственной тепловой емкостью, теплоизолированных от окружающей среды и выполненных из высокотемпературных неметаллических огнеупорных материалов.
Вход одного канала каждого теплообменного аппарата через переключатель газовых потоков соединен с каналом подачи потока отходящих газов из системы дожигания. Выход этого канала соединен с каналом отвода потока отходящих газов в систему газоочистки.
Вход второго канала каждого теплообменного аппарата через переключатель воздушных потоков соединен с каналом подачи сжатого воздуха от компрессора, а выход второго канала соединен с каналом подачи нагретого сжатого воздуха во входное устройство воздушной турбины.
Последняя соединена с генератором электрической энергии, выходное устройство которой соединено с каналом подачи охлажденного сжатого воздуха в печь мусоросжигательной установки.
Кроме того, количество теплообменных аппаратов, площадь и форма поперечного сечения входных и выходных каналов, а также их длина выбираются из условия нагрева сжатого воздуха в аппарате потоком отходящего газа до температуры 800°С-1000°С, а давление и расход сжатого воздуха на выходе из второго канала каждого аппарата выбираются исходя из характеристик воздушной турбины.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображено устройство для утилизации теплоты сгорания твердых бытовых отходов мусоросжигательной установки.
На чертеже показаны мусоросжигательная установка 1, оснащенная либо печью кипящего слоя, либо печью с колосниковыми решетками, а также системами дожигания отходящих газов, газоочистки, золошлакоудаления, соединенная с системами утилизации тепловой и генерации электрической энергии, бункер 2 для подачи отходов в мусоросжигательную установку 1, ряд параллельно расположенных проточных однокорпусных двухканальных теплообменных емкостных регенеративных аппаратов 3 шахтного типа, теплоизолированные от окружающей среды и выполненные из высокотемпературных неметаллических огнеупорных материалов, каждый аппарат 3 имеет канал 4 подачи потока отходящих газов из системы дожигания установки 1, канал 5 отвода потока отходящих газов в систему газоочистки 6, канал 7 подачи сжатого воздуха в аппарат 3 от компрессора 8, канал 9 отвода нагретого сжатого воздуха в воздушную турбину 10, генератор 11 электрической энергии, канал 12 отвода отработанного охлажденного воздуха из воздушной турбины в печь установки 1.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Утилизация теплоты отходящих газов, образующихся при сгорании твердых бытовых отходов мусоросжигательной установки 1, происходит путем поочередного регенеративного конвективного нагрева потоком отходящих газов потока сжатого воздуха в параллельно подключенных проточных однокорпусных двухканальных теплообменных емкостных регенеративных аппаратах 3 шахтного типа, теплоизолированных от окружающей среды и выполненных из высокотемпературных неметаллических огнеупорных материалов. Каждый аппарат 3 представляет собой массивный корпус 13, обладающий большой собственной теплоемкостью. Цикл поочередного нагрева сжатого воздуха потоком отходящих газов повторяется непрерывно.
Каждый аппарат 3 содержит в массивном корпусе 13 изолированные друг от друга канал 4 подачи отходящих газов из системы дожигания установки 1, канал 5 отвода отходящих газов в систему газоочистки 6, канал 7 подачи сжатого воздуха в аппарат 3 от компрессора 8, канал 9 отвода нагретого сжатого воздуха в воздушную турбину 10.
Поток отходящих печных газов с температурой 1150°С-1250°С направляется из системы дожигания отходящих газов поочередно на вход одного из каналов 4 одного из проточных теплообменных аппаратов 3 и нагревает его корпус 13 до температуры 800°С-1000°С. При достижении указанной температуры корпуса 13 поток отходящих газов переключается в аналогичный канал следующего проточного теплообменного аппарата. После завершения нагрева последнего из проточных однокорпусных двухканальных теплообменных аппаратов 3, поток отходящих печных газов с температурой 1150°С-1250°С направляется из системы дожигания в первый из теплообменных аппаратов 3. И цикл их поочередного нагрева повторяется непрерывно.
После нагрева корпуса первого проточного теплообменного аппарата 3 до температуры 800°С-1000°С, на вход его второго 7 канала подается сжатый воздух, который на выходе нагревается до температуры 600°С-800°С и подается по каналу 9 во входное устройство воздушной турбины 10, соединенной с генератором 11 электрической энергии. При снижении температуры выходящего воздуха ниже 600°С, поток воздуха от компрессора переключается в аналогичный канал следующего проточного теплообменного аппарата. После завершения нагрева воздуха в последнем из проточных однокорпусных двухканальных теплообменных аппаратов, поток воздуха из компрессора направляется в первый из теплообменных аппаратов и цикл их поочередного нагрева повторяется непрерывно.
Воздух, выходящий из воздушной турбины, имеет достаточно высокую температуру для повторного использования и направляется по каналу 12 на горение в печь установки 1.
Применение настоящего изобретения позволяет существенно снизить затраты на утилизацию тепла отходящих газов МСУ любого типа, за счет использования открытой газовоздушной схемы вместо замкнутой традиционной газоводяной схемы с системой водоподготовки. Применение изобретения позволяет существенно повысить энергоэффективность генерации электрической энергии за счет применения воздушной турбины вместо паровой турбины.