МОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ НА ПОЛИГОНЕ
MOBILE INSTALLATION FOR THERMAL PROCESSING OF SOLID MUNICIPAL WASTE AT LANDFILL

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 F23G 5/027, 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 F23G5/00, 1998 г., патент на изобретение RU №2265773, МПК F23G5/00, F23B 1/16, С04В 2/10, 2003 г.).
Недостатками этих устройств являются обязательное наличие системы предварительной сортировки и сушки ТКО, сложной и дорогой системы вторичной очистки дымовых газов, обусловленной наличием в них диоксинов и фуранов, а также быстрая изнашиваемость колосниковых решеток и их загрязнение частицами пыли и смол.
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.
Все вышеперечисленные устройства термического уничтожения ТКО устанавливают стационарно по месту их переработки с возможностью транспортировки отходов с их последующей загрузки в печь, что приводит к значительным дополнительным затратам.
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 сжигаемым ТКО, сложность и громоздкость используемого оборудования.
Известна «Переносная установка для термической переработки твердых бытовых отходов на полигоне» (патент на изобретение РФ №2536896, МПК F23G 5/40, 2014 г.), содержащая металлический футерованный внутри прямоугольный корпус-колпак с плоским сводом, на котором установлены газогорелочные устройства, 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 трубопроводами с газогорелочными устройствами и с трубопроводом для подачи газа потребителю.
Недостатками известной установки являются: невысокое качество получаемого горючего газа из-за присутствия в нем компонентов продуктов сгорания газа от газовых горелок; недостаточно хороший теплообмен, обусловленный наличием в рабочем пространстве печи трехатомных газов, требующих затрат энергии на их нагрев; необходимость установки дополнительных устройств для подогрева воздуха, идущего на горение, что приводит к усложнению и удорожанию конструкции.
Известна «Переносная установка-модуль для термической переработки твердых бытовых отходов на полигоне» (патент на изобретение РФ №2617230, МПК F23G 5/40, 2017 г.), принятая за прототип, содержащая металлический футерованный внутри прямоугольный корпус-колпак 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 (выполняющий функцию коллектора) 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 низкая эффективность переработки несортированных ТКО на полигоне из-за значительных потерь тепловой энергии через свод, ограниченный срок службы установки из-за недолговечности свода вследствие его перегрева.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение энергетической эффективности переработки несортированных ТКО на полигоне при увеличении срока службы установки.
Технический результат достигается тем, что в мобильной установке для термической переработки твердых коммунальных отходов на полигоне, содержащей 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 и образующим коллектор для сбора газообразных продуктов переработки твердых коммунальных отходов, соединенный с трубопроводом для подачи термогаза потребителю и с трубопроводом для подачи термогаза радиационным трубам, горизонтально установленным под сводом корпуса, выполненным в виде крышки, снабженной снизу слоем теплоизоляции, вплотную к нему и к друг к другу установлены металлические каналы подачи и подогрева воздуха, торцевые части которых выполнены эллиптического сечения и размещены вне корпуса, средние части указанных каналов, находящиеся внутри корпуса, выполнены полуэллиптического сечения, в каждом канале подачи и подогрева воздуха концентрически установлена радиационная труба, выполненная эллиптического сечения, участок радиационной трубы со стороны сопла, находящийся в торцевой части указанного канала, имеет отверстия, при этом противоположная торцевая часть указанного канала снабжена патрубком подачи воздуха, а находящийся в ней участок радиационной трубы снабжен патрубком для отвода продуктов сгорания.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен вид мобильной установки для термической переработки твердых коммунальных отходов на полигоне; на фиг. 2 - разрез мобильной установки.
На чертежах использованы следующие обозначения: корпус 1, огнеупорный материал 2, каналы подачи и подогрева воздуха 3, радиационные трубы 4, крышка 5, слой теплоизоляции 6, металлический каркас 7, вертикальная ленточная опора 8, коллектор 9 для сбора газообразных продуктов переработки ТКО, ребра жесткости 10, патрубок вывода термогаза 11, сопло 12 радиационной трубы, отверстия 13 для подачи подогретого воздуха на горение, патрубок для отвода продуктов сгорания 14, патрубок для подачи воздуха 15.
Мобильная установка для термической переработки твердых коммунальных отходов на полигоне содержит металлический футерованный внутри прямоугольный корпус 1 с плоским сводом, снабженный монтажными петлями для транспортировки (на чертеже не показаны). Свод корпуса 1 выполнен в виде съемной крышки 5, снабженной снизу слоем теплоизоляции 6, что облегчает выполнение ремонтных работ и обеспечивает увеличение срока службы установки. Корпус 1 обрамлен металлическим каркасом 7 с вертикальной ленточной опорой 8, установленным в нижней части по внешнему периметру корпуса 1 и образующим коллектор 9 для сбора газообразных продуктов переработки твердых коммунальных отходов (термогаза). Прочность соединения корпуса 1 с металлическим каркасом 7 обеспечена ребрами жесткости 10. Для внедрения в слой ТКО нижняя кромка металлической ленточной опоры 8 выполнена заостренной с целью уменьшения сопротивления при перемещении установки в вертикальной плоскости под действием силы тяжести по мере ликвидации слоя ТКО. Металлический каркас 7 оснащен патрубками 11 для соединения коллектора 9 с трубопроводом подачи термогаза потребителю и с трубопроводом подачи термогаза на горение в сопла 12 радиационных труб 4. Под сводом корпуса 1, выполненным в виде крышки 5, снабженной снизу слоем теплоизоляции 6, вплотную к слою теплоизоляции 6 и к друг к другу горизонтально установлены металлические каналы подачи и подогрева воздуха 3. Торцевые части каналов подачи и подогрева воздуха 3 выполнены эллиптического сечения и размещены вне корпуса 1. Средние части каналов подачи и подогрева воздуха 3, находящиеся внутри корпуса 1, выполнены полуэллиптического сечения. В каждом канале подачи и подогрева воздуха 3 концентрически установлена радиационная труба 4, выполненная эллиптического сечения. Участок радиационной трубы 4 со стороны сопла 12, находящийся в торцевой части канала подачи и подогрева воздуха 3, имеет отверстия 13. Противоположная торцевая часть указанного канала подачи и подогрева воздуха 3 снабжена патрубком подачи воздуха 15, а находящийся в ней участок радиационной трубы 4 снабжен патрубком для отвода продуктов сгорания 14. Расстояние от радиационных труб 4 до слоя твердых коммунальных отходов и их количество определяют из условия обеспечения равномерного и устойчивого прогрева и термического разложения отходов за счет лучистого тепла.
Для улучшенного топливовоздушного смесеобразования и обеспечения устойчивого горения участок радиационной трубы 4 со стороны сопла 12, находящийся в торцевой части канала подачи и подогрева воздуха 3, имеет отверстия 13, равномерно распределенные по всей его поверхности, для подачи подогретого воздуха, поступающего через патрубок 15. Удаление продуктов сгорания осуществляют через патрубок 14.
Мобильная установка для термической переработки твердых коммунальных отходов на полигоне работает следующим образом. Установку размещают на полигоне непосредственно на слое ТКО. Производят розжиг радиационных труб 4 путем подачи в них пускового газообразного топлива через сопла 12 и атмосферного воздуха через отверстия 13 по каналам подачи и подогрева воздуха 3, в которые атмосферный воздух подают через патрубки 15. Радиационные трубы 4 передают тепло излучением от раскаленной наружной поверхности трубы: в верхней ее части - воздуху, движущемуся по каналам подачи и подогрева воздуха 3, подогревая его, а в нижней ее части - слою ТКО. Подогрев воздуха, подаваемого на горение, улучшает условия сгорания топлива, повышая температуру горения и эффективность процесса. Образующиеся продукты сгорания удаляют в атмосферу через патрубок 14.
Каналы подачи и подогрева воздуха 3, заполненные воздухом и расположенные вплотную друг к другу, создают своего рода воздушную прослойку между крышкой 5, усиленной слоем тепловой изоляции 6, и радиационными трубами 4, что позволяет значительно снизить тепловые потери от радиационных труб 4 через крышку 5 и создать лучистые потоки направленного действия на слой ТКО, интенсифицирующие процесс разложения отходов и повышающие его энергетическую эффективность. Использование труб эллиптического сечения 4 позволяет уменьшить их количество по сравнению с трубами круглого сечения при той же интенсивности облучения поверхности слоя ТКО, что облегчает конструкцию установки и делает ее менее металлоемкой.
Организованные лучистые потоки направленного действия воздействуют на слой ТКО, приводят к его термическому разложению при температуре не ниже 900 С. Тепловая энергия процесса распространяется вглубь слоя, обеспечивая его постепенный прогрев и высушивание. Образующиеся в результате термического разложения ТКО газообразные продукты (термогаз), поступают из коллектора 9 для сбора газообразных продуктов и далее через патрубки 11 для последующей подачи внешнему потребителю и на сжигание в сопла 12 радиационных труб 4. После выхода на рабочий режим производят отключение подачи пускового газообразного топлива в радиационные трубы 4, которые в дальнейшем будут работать на термогазе. Процесс осуществляют до полного уничтожения порции ТБО. Затем мобильную установку для термической переработки твердых коммунальных отходов переустанавливают на другое место на полигоне для ликвидации следующей порции ТБО.
На полигоне можно размещать группу установок одновременно.
Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет повысить энергетическую эффективность переработки несортированных твердых коммунальных отходов на полигоне за счет повышения интенсивности разложения отходов и минимизации тепловых потерь в окружающую среду, при увеличении срока службы установки.