РОТАЦИОННЫЙ ИНСИНЕРАТОР

Полезная модель относится к области утилизации и переработки твердых бытовых, производственных, медицинских и других отходов, их обезвреживания и вторичного использования продуктов переработки.
Известна барабанная вращающаяся печь для сжигания отходов [RU 82028], содержащая установленный с возможностью вращения вокруг продольной оси цилиндрический корпус, покрытый изнутри огнеупорной футеровкой и имеющий загрузочное устройство для подачи сжигаемых отходов и разгрузочное устройство для удаления золы и шлака, а также снабжен лопатками, выполненными из стального термостойкого материала и размещенными по внутренней поверхности корпуса, при этом лопатки выполнены полыми и имеют входной канал, подсоединенный к системе нагнетания воздуха, и выходной канал для отвода воздуха, и установлены таким образом, что закрытая часть лопаток выступает над поверхностью футеровки, а входной и выходной каналы располагаются на внешней стороне корпуса.
Также известна роторная печь для пиролиза твердых бытовых отходов [RU 2477819], которая содержит полый футерованный цилиндрический корпус, цилиндрическую камеру пиролиза отходов, установленную соосно с корпусом с обеспечением кольцевого зазора между ними, привод для его вращения, узел сжигания технологического топлива с горелками, устройство для подачи отходов в печь, патрубки отвода образующегося при переработке отходов синтез-газа, продуктов сгорания топлива и выдачи твердых остатков переработки отходов. Камера пиролиза отходов снабжена автономным приводом вращения в направлении, противоположном вращению корпуса печи. На наружной поверхности камеры пиролиза смонтированы лопатки, располагаемые по винтовой линии, вьющейся в направлении, противоположном направлению вращения упомянутой камеры. Горелки для сжигания топлива смонтированы по осевой окружности кольцевого зазора.
Наиболее близкой к предлагаемому решению является роторная печь [CN 205897153], которая включает в себя узел загрузки, горелку, вращающуюся печь, камеру дожигания и узел выгрузки, оснащенный шнеком. Также имеется привод вращения, два упорных ролика, на внешней стороне печи имеются опоры вращения, и реборда, расположенная между упорными роликами.
Большинство конструкций инсинераторов не обеспечивают постоянство линейного расположения печи инсинератора в обоих направлениях вдоль оси его вращения. Недостатком известного решения является сложность сборки и обслуживания инсинератора в связи с необходимостью регулировки расположения двух упорных роликов и их дальнейшего обслуживания, как элементов вращения. Кроме того выполнение передачи вращения от привода к печи прямозубой зубчатой передачей может осуществляться неравномерно, в связи с тем, что при вращении печи сжигаемые отходы перекатываются неравномерно, что ведет к периодическим ударным нагрузкам на элементы передачи из-за неизбежных зазоров в ней, обусловленных изготовлением, причем период постоянен и равен шагу зубьев. Также неравномерное перекатывание отходов в известных конструкциях ротационных инсинераторов отчасти связано с футеровкой кирпичом (например, при диаметре инсинератора около 1600 мм, количество кирпичей составляет около 50 по окружности). Эти ударные нагрузки воздействуют не только на приводные элементы, но и на основание, упорный ролик, а также создают шумовые нагрузки, ухудшающие условия работы персонала. Кроме того, выгрузка зольного остатка только шнеком повышает риск его поломки из-за несгораемых крупных остатков.
Технической задачей является создание ротационного инсинератора с постоянством линейного расположения печи инсинератора в обоих направлениях вдоль оси его вращения, простотой расположения инсинератора в осевом направлении при сборке, простотой обслуживания, повышение равномерности и надежности работы.
Для решения технической задачи предложен ротационный инсинератор, состоящий из основания, установленных на нем вращающейся цилиндрической печи, узла загрузки, узла выгрузки, привода вращения, опорных роликов, упорного ролика, центральная часть основания выполнена наклонной с углом 1-5° к горизонту, из-за чего цилиндрическая печь обладает осью вращения с аналогичным углом наклона, на внешней стороне печи имеются опоры вращения, взаимодействующие с опорными роликами, узел выгрузки имеет двускатное дно, посередине которого имеется желоб, в котором расположен приводной шнек, причем футеровка печи выполнена из огнеупорного бетона, а на внешней стороне печи расположены две реборды, между которыми расположен упорный ролик.
У ротационного инсинератора может иметься второй привод вращения, и каждый привод соединен с опорными роликами разных опор вращения, а наружная поверхность опорных роликов выполнена фрикционной.
В другом варианте реализации привод вращения ротационного инсинератора может быть выполнен с шестерней, а на внешней стороне печи расположен зубчатый венец, выполненный сегментным. Дополнительно шестерня может быть выполнена наборной и каждый ее последующий элемент будет смещен относительно предыдущего в окружном направлении, а зубчатый венец имеет ответную для шестерни конструкцию.
При любом варианте реализации ротационного инсинератора узел выгрузки может иметь наклонный колосник, расположенный над шнеком.
Для обеспечения перемешивания некоторых видов сжигаемых отходов к внутренней поверхности печи могут быть прикреплены радиальные анкеры, с длиной больше толщины футеровки печи, к которым прикреплены бетонные ворошители.
Для повышения безопасности эксплуатации, места сопряжения узлов загрузки и выгрузки с печью могут быть закрыты лепестковыми уплотнителями, с лепестками, выполненными из пружинной стали.
Для повышения простоты обслуживания узел загрузки может быть снабжен узлом подачи жидкого отхода. Это обеспечит возможность смены вида подаваемого отхода без необходимости смены элементов инсинератора.
На фиг. 1 изображен ротационный инсинератор (вид сбоку).
На фиг. 2 изображен ротационный инсинератор с прижимными роликами (вид спереди).
На фиг. 3 изображен зубчатый венец и привод вращения с шестерней.
На фиг. 4 изображен зубчатый венец и привод вращения с наборной шестерней со смещенными элементами.
На фиг. 5 изображен поперечный разрез узла выгрузки.
На фиг. 6 изображен продольный разрез узла выгрузки.
На фиг. 7 изображен узел загрузки.
На фиг. 8 изображен ворошитель.
На фиг. 9 изображен лепестковый уплотнитель.
Ротационный инсинератор состоит из основания 1, установленных на нем вращающейся цилиндрической печи 2, узла загрузки 3, узла выгрузки 4, привода вращения 5, опорных роликов 6, упорного ролика 7, при этом центральная часть основания 1 выполнена наклонной с углом 1-5° к горизонту, из-за чего цилиндрическая печь 2 обладает осью вращения с аналогичным углом наклона. Узел загрузки 3 оснащен элементами для загрузки и подачи твердых отходов в печь 2. На внешней стороне печи 2 имеются опоры вращения 8, взаимодействующие с опорными роликами 6, узел выгрузки 4 имеет двускатное дно 9, посередине которого имеется желоб 10, в котором расположен приводной шнек 11. Футеровка 12 печи 2 выполнена из огнеупорного бетона. На внешней стороне печи 2 расположены две реборды 13, между которыми расположен упорный ролик 7.
У ротационного инсинератора может иметься второй привод вращения 14, и каждый привод 5 и 14 соединен с опорными роликами 6 разных опор вращения 8, а наружная поверхность опорных роликов 6 выполнена фрикционной.
В другом варианте реализации (в соответствии с фиг. 3) привод вращения 5 ротационного инсинератора может быть выполнен с шестерней 15, а на внешней стороне печи 2 расположен зубчатый венец 16, выполненный сегментным. Последнее обстоятельство обеспечивает удобство изготовления и сборки инсинератора.
Дополнительно (в соответствии с фиг. 4) шестерня 15 может быть выполнена наборной из зубчатых элементов 17, каждый из которых будет смещен относительно предыдущего в окружном направлении. Элементы 17 соединены между собой шпильками 18. При этом зубчатый венец 16 имеет ответную для шестерни 15 конструкцию: сегменты зубчатого венца 16 выполнены из элементов такой же ширины, что и зубчатые элементы 17 и с аналогичным смещением в окружном направлении. Такое исполнение шестерни 15 и венца 16 дает преимущества как у косозубого зацепления, при сохранении простоты их механической обработки. Величина смещения одного зубчатого элемента 17 относительно другого выбирается исходя из условия обеспечения постоянства зацепления - в контакте с сегментами венца 16 должны находиться не менее 2-х элементов 17.
Узел выгрузки 4 может иметь наклонный колосник 19, расположенный над шнеком 10 на всю ширину дна 9. Причем угол наклона колосника 19, также как и угол наклона скатов дна 9, имеет малый угол наклона 6-12,5° и способствуют перемещению крупного остатка материала в сторону выгрузки [Лотош В.Е. Переработка отходов природопользования. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2002. - 463 с.]. Такой угол обеспечивает непрерывное перемещение продуктов горения по колоснику 19 и скатам дна 9 под собственным весом.
В качестве огнеупорного бетона для футеровки цилиндрической печи 2 используются низкоцементные высокоплотные шамотные бетоны. Футеровка цилиндрической печи 2 таким бетоном с образованием цилиндрической внутренней поверхности обеспечивает более равномерное перекатывание отходов при вращении печи и снижает нагрузки на основание 1, опоры 8 и упорный ролик 7.
К внутренней поверхности печи 2 могут быть прикреплены радиальные анкеры 20, с длиной больше толщины футеровки печи 12, к которым прикреплены бетонные ворошители 21. Для этого ворошитель 21 имеет одну поверхность выполненной ответной для футеровки 12, а на противоположной поверхности углубление 22 для расположения фиксирующих элементов 23, которые закрываются бетоном после сборки ворошителя 21 на анкере 20. Также места сопряжения ворошителя 21 с футеровкой 12. Число ворошителей 21 может составлять, например, 12 шт. на всю печь 2 (например, по 3 в ряд, по 4 на периметр). При этом важно понимать, что высота ворошителя 21 над футеровкой 12 значительная - от 100 мм. Их малое количество не ведет к возникновению таких же периодических ударных нагрузок, как в стандартной конструкции. Например, при частоте вращения печи около 5 об/мин в стандартной футеровке кирпичами (50 шт. по окружности) частота ударных нагрузок составит около 4 Гц, в то время как по предлагаемой конструкции с ворошителями - 0,3 Гц, что позволяет говорить о затухании возмущающих колебаний при ворошении сжигаемых отходов. Кроме того, учитывая значения собственных частот колебаний некоторых частей тела оператора [«Механические колебания» сост. А.К. Есман и др. - Минск: БНТУ, 2020. - 50 с.], а именно сердце - 4-6 Гц; позвоночник - 4-6 Гц; желудок - 2-3 Гц; кишечник - 2-4 Гц, применение печи 2 с гладкой футеровкой или футеровкой с ворошителями 21 (например, в количестве 12 шт.) не вызывает частот вынужденных колебаний, совпадающих с собственными частотами частей тела, что повышает комфорт работы оператора.
Аналогичные колебания могут возникать при сообщении вращения печи 2 зубчатой передачей. Ввиду неравномерности перекатывания отходов, печь 2 может вращаться неравномерно из-за перемещения центра тяжести. Учитывая невозможность точного изготовления зубьев шестерни 15 и венца 16, обеспечение постоянного их контакта будет в значительной мере способствовать снижению ударных нагрузок, а при числе зубьев венца 16 равном 80 и при частоте вращения печи 2 от 1 до 5 об/мин также будет способствовать повышению комфорта оператора.
Места сопряжения узлов загрузки 3 и выгрузки 4 с печью 2 могут быть закрыты лепестковыми уплотнителями 24, с лепестками 25, выполненными из пружинной стали. Каждый из уплотнителей 24 представляет собой кольцо 26, закрепленное на узле загрузки 3 или выгрузки 4, на конической поверхности 27 которого расположены внахлест и зафиксированы лепестки 25.
Узел загрузки 3 может быть снабжен узлом подачи жидкого отхода 28, представляющий собой фланец, соединенный с трубопроводом, расположенный в нижней части узла загрузки 3. Также узел загрузки 3 может быть снабжен люком 29, подающим шнеком 30, горелками 31.
Предлагаемый инсинератор работает следующим образом.
Сжигаемые отходы через узел загрузки 3 попадают во вращающуюся цилиндрическую печь 2, где происходит их сгорание, для чего инсинератор может быть оснащен одной или несколькими горелками. Привод 5 сообщает вращение печи 2, из-за чего сжигаемые отходы непрерывно перекатываются по поверхности бетонной футеровки 12 и за счет угла наклона оси печи 2 к горизонту непрерывно перемещаются в направлении узла выгрузки 4, в котором несгоревший крупный остаток перемещается на выход из инсинератора по колоснику 19, а мелкий остаток - по скатам 9 в желоб 10, откуда выводится шнеком 11.
Привод 5 может сообщать вращение печи 2 за счет того, что на его выходном валу расположена шестерня 15, которая находится в зацеплении с зубчатым венцом 16, расположенным на внешней стороне печи 2. При этом если шестерня 15 выполнена наборной из зубчатых элементов 17 со смещением в окружном направлении, то при вращении под нагрузкой в контакте с зубчатым венцом 16 находится, по крайней мере, два зубчатых элемента 17.
Кроме того, привод 5 может сообщать вращение печи 2 за счет того, что по крайней мере один из опорных роликов 6 имеет фрикционную поверхность (с высоким коэффициентом трения) и за счет его постоянного прижима к опоре вращения 8. В случае установки двух приводов, привод 5 соединен с опорным роликом 6 одной опоры вращения 8, а привод 14 - с опорным роликом 6 другой опоры вращения 8. Стоит отметить, что для каждой опоры вращения 8 все опорные ролики 6 могут иметь фрикционную поверхность и передавать вращение.
При вращении упорный ролик 7 не дает печи 2 перемещаться вдоль оси ее вращения ни в одну, ни в другую сторону, за счет чего не происходит смещение опор вращения 8 относительно опорных роликов 6 и не возникает смещение зубчатого венца 16 относительно шестерни 15, что особенно важно при выполнении их из элементов со смещением в окружном направлении.
При наличии ворошителей 21, сжигаемые отходы контактируют с ними, что позволяет перемешивать отходы, кратковременно увеличивая площадь горения.
При вращении печи 2 лепестки 25 за счет своего материала обеспечивают постоянный прижим к ее поверхности, что повышает безопасность работы и закрывает места сопряжения узлов загрузки 3 и выгрузки 4 с печью 2.
Техническим результатом является увеличение срока службы инсинератора, упрощение его обслуживания, повышение надежности и равномерности его работы, а также повышающим комфорт обслуживающего персонала.