Пиролизная мусоросжигательная установка
PYROLYSIS DISPOSAL PLANT

Изобретение относится к устройствам для утилизации мусора путем проведения процесса пиролиза и может быть использована для утилизации твердых бытовых и промышленных отходов.
Известна пиролизная термогазохимическая установка для утилизации твердых бытовых отходов, включающая камеру сгорания с колосниками, соединенную с каналом подачи первичного воздуха, термогазохимический реактор, выполненный в виде корпуса с размещенной в нем цилиндрической ретортой, снабженной герметичной крышкой и выходом продуктов пиролиза, и камеру подачи вторичного воздуха, при этом она снабжена коллектором, фильтрующим блоком, вход которого подключен в верхней части корпуса термогазохимического реактора над цилиндрической-ретортой, а выход соединен с камерой подачи вторичного воздуха и атмосферой посредством газохода, обеспечивающего циркуляцию отходящих газов, при этом камера сгорания и камера подачи вторичного воздуха размещены в отдельном корпусе, разделены криволинейной перегородкой, а полости камер выполнены сообщающимися с полостью корпуса термогазохимического реактора, по внутренней боковой поверхности корпуса термогазохимического реактора закреплены завихрители потока, а боковая поверхность цилиндрической реторты выполнена многослойной, выход продуктов пиролиза организован в верхней части боковой поверхности реторты и соединен с коллектором, подключенным к каналу подачи первичного воздуха. Канал подачи первичного воздуха представляет собой ряд горизонтально ориентированных трубок, расположенных в камере подачи вторичного воздуха, при этом для размещения выходов трубок криволинейная перегородка снабжена отверстиями, выполненными ниже уровня размещения колосников. Трубки канала подачи первичного воздуха снабжены дроссельными клапанами. Фильтрующий блок представляет собой корпус, имеющий верхнюю, нижнюю поверхности и боковую стенку, снабженный входом потока отходящих газов, организованным в центральной части нижней поверхности, и выходом потока очищенных отходящих газов, тангенциально расположенным в боковой стенке, при этом в корпусе фильтрующего блока размещен фильтрующий и/или каталитический элемент с образованием канала между фильтрующим и/или каталитическим элементом и боковой стенкой корпуса для отвода очищенных отходящих газов. Фильтрующий блок дополнительно снабжен вертикально ориентированными пластинами, закрепленными по окружности вблизи входа перед фильтрующим /или каталитическим элементом по направлению движения потока отходящих газов с возможностью перемещения пластин по окружности. Цилиндрическая реторта снабжена крестообразной вертикально ориентированной перегородкой с прорезями, размещенной по всей высоте реторты. Цилиндрическая реторта образована, по крайней мере, из одного металлического листа, свернутого в рулон, снабжена дымососом, подключенным в газоход, соединяющий фильтрующий блок и камеру подачи вторичного воздуха, в камере сгорания и камере подачи вторичного воздуха размещены вертикально ориентированные переборки, разделяющие полости камеры сгорания и камеры подачи вторичного воздуха на две части, снабжена блоком предварительного смешивания отходящих газов из камеры сгорания и вторичного воздуха из камеры подачи вторичного воздуха, расположенным в корпусе термогазохимического реактора под цилиндрической ретортой, блок предварительного смешивания отходящих газов представляет собой усеченно-конический раструб, соосно с которым с образованием зазора со стороны внешней поверхности размещена кольцевая вставка, с внешней стороны которой по окружности закреплены турбинки в виде пластинчатых элементов криволинейной формы, размещенных с образованием каналов, соединенных с камерой подачи вторичного воздуха, при этом каналы, образованные раструбом и кольцевой вставкой, соединены с камерой сгорания, турбинки снабжены лопатками, закрепленными в верхней части пластинчатых элементов криволинейной формы под наклоном к вертикальной плоскости, высота цилиндрической реторты составляет не более 0,9 высоты корпуса термогазохимического реактора, снабжена контуром водяной рубашки, она снабжена накопительным бункером для отходов, подвижно закрепленным к корпусу камеры сгорания и камеры подачи вторичного воздуха, и механизмом перемещения бункера, при этом на корпусе камеры сгорания и камеры подачи вторичного воздуха смонтирована засыпная воронка, а механизм перемещения бункера включает поворотные рычаги, с одной стороны шарнирно закрепленные на засыпной воронке, а с другой стороны - на бункере, и лебедку, обеспечивающую перемещение бункера на поворотных рычагах, снабжена лестницей и смотровой площадкой, расположенной вокруг термогазохимического реактора на уровне размещения фильтрующего блока. Завихрители потока представляют собой металлические уголки с величиной угла от 60° до 110°. (Патент РФ №2428629, опубл. 10.09.2011)
Известна мусоросжигательная установка, содержащая топку, узел подачи мусора, узел утилизации тепла газообразных продуктов сжигания, средство выгрузки шлака, узел удаления золы, средство подачи воздуха, дымоход и дымовую трубу, отличающаяся тем, что топка выполнена в виде барабана футерованного термостойким материалом, например, шамотом, установленного горизонтально с возможностью вращения вокруг продольной оси, при этом узел подачи мусора содержит бункер, снабженный заслонкой, связанный с приемным отверстием топки посредством герметичного корпуса, полость которого связана с воздухоподающим каналом, при этом торец топки открыт в камеру дожигания, нижняя часть которой, выполнена в виде шлакоприемного бункера и снабжена дополнительным воздухоподающим каналом, причем узел утилизации тепла газообразных продуктов сжигания выполнен в виде теплообменной камеры, в полости которой размещена теплообменная секция, газоходные каналы которой размещены вертикально, при этом верхний конец теплообменной камеры газовым каналом связан с верхним концом камеры дожигания, а ее нижний конец связан дымоходом с дымовой трубой и оборудован средствами золоудаления. Камера дожигания выполнена из термостойкого материала, например, шамота. (Патент РФ №45177, опубл.27.04.2005).
Известна установка для производства пиролизного топлива, содержащая технологически связанные между собой накопительный бункер исходного дисперсного сырья (ИДС) с каналом подачи частиц ИДС, камеру горения циркулирующего кипящего слоя (ЦКС) с каналом отвода газообразных продуктов сгорания, каналом подачи воздуха и каналом отвода золы, пиролизный реактор ЦКС с каналом отвода смеси первичных продуктов пиролиза, циклон очистки первой ступени с каналом отвода смеси пиролизного газа с частицами углистого вещества и каналом возврата твердого инертного вещества (ТИВ), циклон очистки второй ступени с каналом отвода пиролизного газа и каналом возврата частиц углистого вещества, конденсатор первой ступени с каналом отвода не сконденсировавшихся вторичных паров пиролизного газа и каналом отвода первичного конденсата пиролизного газа, конденсатор второй ступени с всасывающим каналом возврата газа рециркуляции и каналом отвода вторичного конденсата пиролизного газа, газодувку с напорным каналом возврата газа рециркуляции, соединенным с пиролизным реактором ЦКС, насос пиролизного топлива с каналом подачи промежуточного конденсата пиролизного газа на переохлаждение, водяной теплообменник с первым и вторым каналами подачи переохлажденного конденсата пиролизного газа соответственно в конденсатор первой ступени и конденсатор второй ступени, циркуляционным контуром охлаждающей воды и каналом отбора промежуточного конденсата на переохлаждение, блок очистки пиролизного топлива с каналом отвода загрязняющих веществ, соединенный с насосом пиролизного топлива и блоком стабилизации пиролизного топлива с каналом отвода пиролизного топлива, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит форкамеру ИДС с внутренним каналом подачи нагретого ИДС в пиролизный реактор ЦКС и форкамеру ТИВ с внутренним каналом перетока нагретого ТИВ в пиролизный реактор ЦКС, при этом камера горения ЦКС выполнена в виде комбинированной камеры горения ЦКС, в которой размещены с возможностью нагрева за счет непосредственной передачи теплоты, выделяющейся при сгорании углистого вещества в камере горения ЦКС, форкамера ИДС с внутренним каналом подачи нагретого ИДС, форкамера ТИВ с внутренним каналом перетока нагретого ТИВ и концентрично установленный пиролизный реактор ЦКС, причем форкамера ИДС выполнена с возможностью удаления остаточной влаги из частиц ИДС путем термического удара, а канал подачи частиц ИДС соединен с форкамерой ИДС.(патент РФ №2604845, опубл. 10.12.2016)
За прототип выбрана печь для пиролиза древесных отходов, содержащая топку, реторту, трубы для подвода тепла и отвода печных газов, (патент РФ №2366685, опубл. 10.09.2009).
К общим недостаткам известных устройств следует отнести нарушение экологического равновесия, а также низкий коэффициент полезного действия газогенератора из-за отсутствия замкнутости цикла термической переработки бытовых отходов.
Техническая задача - утилизация промышленных и бытовых отходов экологически безопасным способом.
Технический результат - проведение пиролизного процесса при пониженной температуре с возможностью проведения доступных ремонтных и профилактических работ.
Технический результат достигается пиролизной мусоросжигательной установкой, содержащей топку, реторту, трубу для отвода газа, накопитель, при этом дополнительно содержит реактор, раму, на которой установлены три охладителя, водяной насос, аквафильтр, вакуумный насос, градирня, трубопровод прохода пиролизного газа, трубопровод водяного охлаждения, при этом реактор выполнен в виде маталлического цилиндра, верхняя часть которого выполнена в виде полусферы с отверстием, по краям которого крепится уплотнительная прокладка, диаметр отверстия реактора больше наружного диаметра реторты на 2-3 см, внутренняя стенка футирована шамотным кирпичом, в нижней части расположена топка в виде двух форсунок на жидком топливе и горелки пиролизного газа, в верхней части установлен дымоход, реторта выполнена из жаропрочной нержавеющей стали в виде металлического цилиндра с фланцем и прокладкой, на которую герметично крепится съемная крышка посредством стягивающих замков, и на которой расположены строповочные кольца, по центру крышки приварен отвод с фланцем, к которому крепится труба с фланцем для отвода пиролизного газа, охладители выполнены в виде стальных цилиндров равных объемов с установленными в нижней части съемными фланцами со сливными кранами, при этом d2охл=0,5d1охл., d3охл=0,5d2охл., имеют жесткое крепление с рамой, на каждом охладителе установлены манометры и термометры, на втором охладителе дополнительно крепится мановакуумметр, реторта, охладители, аквафильтр и горелка пиролизного газа соединены между собой последовательно трубопроводом для прохода пиролизных газов, при этом верхние соединения выполнены жесткими, а нижние фланцевыми, труба для отвода пиролизных газов соединена с трубопроводом для прохода пиролизных газов посредством переходника, охладители в нижней части имеют отводы, соединяющиеся с накопителем пиролизной жидкости, который снабжен запорным вентилем, при этом на отводе третьего охладителя установлено смотровое стекло уровня накопления пиролизной жидкости, трубопровод водяного охлаждения имеет замкнутый контур и выполнен в виде стальных труб, соединенных с охладителями, градирней и водяным насосом, при этом соединение с охладителями в верхней части выполнено сварным, в нижней части выполнено в виде запорного фланцевого вентиля, на трубопроводе установлен манометр, на аквафильтре установлен труба для наполнения водой, а в нижней части установлен сливной кран, вакуумный насос соединен с трубопроводом прохода пиролизных газов посредством трубы и вентиля, на реакторе установлен термометр.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена общая схема установки, на фиг. 2 - ретора, на фиг. 3 - реактор вид сверху, на фиг. 4 - крышка реторты.
Пиролизная мусоросжигательная установка состоит из рамы 1, на которой установлены три охладителя 3,4, 5, водяной насос 6, аквафильтр 7, вакуумный насос 8, градирня 9, трубопровод прохода пиролизного газа 10, трубопровод водяного охлаждения 1. Реактор 2 выполнен в виде маталлического цилиндра, верхняя часть которого выполнена в виде полусферы с отверстием, по краям которого крепится уплотнительная прокладка 12, в нижней части расположена топка в виде двух форсунок на жидком топливе 13 и горелки пиролизного газа 14, в верхней части установлен дымоход 15. Реторта 16 выполнена в виде металлического цилиндра с фланцем 17 и прокладкой 12, на которую герметично крепится крышка 18 посредством стягивающих замков 19, и на которой расположены строповочные кольца 20, по центру крышки приварен отвод с фланцем 21, к которому крепится труба с фланцем 22 для отвода пиролизного газа. В нижней части охладителей 3,4,5 установлен съемные фланцы 23 со сливными кранами 24, на каждом охладителе установлены манометры 25 и термометры 26, на втором охладителе дополнительно крепится мановакуумметр 27. Реторта 16, охладители 3, 4, 5, аквафильтр 7 и горелка пиролизного газа 14 соединены между собой последовательно трубопроводом 10 для прохода пиролизных газов, при этом верхние соединения выполнены жесткими, а нижние фланцевыми 28. Труба для отвода пиролизных газов 22 соединена с трубопроводом 10 для прохода пиролизных газов посредством переходника 29. Охладители в нижней части имеют отводы 30, соединяющиеся с накопителем пиролизной жидкости 31, который снабжен запорным вентилем 32, при этом на отводе третьего охладителя установлено смотровое стекло 33 уровня накопления пиролизной жидкости. Трубопровод водяного охлаждения имеет замкнутый контур и выполнен в виде стальных труб, соединенных с охладителями 3, 4, 5, градирней 9 и водяным насосом 6, при этом соединение с охладителями в верхней части выполнено сварным, в нижней части выполнено в виде запорного фланцевого вентиля 34, на трубопроводе установлен манометры 25. На аквафильтре 7 установлен труба 35 для наполнения водой, а в нижней части установлен сливной кран 36. Вакуумный насос 8 соединен с трубопроводом прохода пиролизных газов 10 посредством трубы 37 и вентиля 38. На реакторе 2 установлен термометр 26.
Пример конкретного выполнения.
В реторту 16 загружаются отходы и закрывается крышкой 18. Для создания герметичносмежду ретортой 16 и крышкой 18 установлена прокладка 12. Крышка 18 крепится к реторте 16 с помощью стягивающих замков 19. С помощью грузоподъемного механизма (на чертеже он не показан) за строповочные кольца 20 реторта 16 погружается в реактор 2 на прокладку 12 фланцем 17. Под собственным весом реторта 16 плотно устанавливается в реактор.
Перед началом работы установки перекрываются все краны. Перед запуском реактора 2 запускается вакуумный насос 8 при помощи вентиля 38 и создается минусовое давление внутри системы (- 0,5 - 1 атмосфер), которое контролируется мановакууметром 27.
Вакуумный насос 8 обеспечивает понижение внутреннего давления в реторте, что обеспечивает быстрое достижение начала процесса утилизации загруженных отходов. Температура системе создается и регулируется в зависимости от вида отходов при помощи термометров 26. Горелки на жидком топливе 13 воспламеняются (любым известным способом). Начинает нагреваться реторта 16. При достижении температуры 250-300°С, начинает выделяться пиролизный газ, который поступает по трубопроводу прохода пиролизного газа 10 в охладители 3,4,5. Проходя через охладитель 3, происходит осаждение самых крупных фракции пиролизного газа, проходя через охладитель 4 -средних фракций, проходя через охладитель 5 происходит осаждение легких фракций. Через отводы 30 осажденные фракции поступает в накопитель пиролизной жидкости 31, откуда по мере их накопления, которое контролируется по смотровому стеклу 33, сливаются через запорный вентиль 32 в накопительный резервуар (на чертеже он не показан, т.к может быть выполнен как стационарным, так и переносным и как под запорным вентилем, так и на расстоянии). Поступая в аквафильтр 7 пиролизный газ проходит очистку и поступает в реактор 2 по трубопроводу прохода пиролизного газа 10 к горелке пиролизного газа 14, поддерживая тем самым температуру в реакторе 2 при процессе пиролиза. Горелки на жидком топливе 13 отключаются. Когда перестает поступить пиролизный газ в реактор 2, включается горелки на жидком топливе 13, и происходит дожиг остатков утилизируемых отходов.
Трубопровод водяного охлаждения 11 имеет замкнутый цикл. При включении водяного насоса 6, охлажденная вода поступает в охладители 3,4,5 в верхних частях. Проходя через охладители температура воды повышается за счет горячего пиролизного газа и выходит в нижних частях охладителей, и через фланцевые вентиля 34 по трубопроводу водяного охлаждения 11 поступает в градирню 9, где происходит ее охлаждение.
При сгорании жидкого топлива в реакторе 2. образовавшийся дым выходит через дымоход 15.
Краны 24 обеспечивают слив остаточных масс жидкости.
Съемные фланцы 23 позволяют проведению, по мере необходимости, профилактических работ по очистке охладителей.
Фланцевые вентили 34 обеспечивают регулирование системы охлаждения.
Таким образом, заявленная пиролизная мусоросжигательная установка обеспечивает проведение процесса при пониженной температуре начала процесса пиролиза с возможностью проведения доступных ремонтных и профилактических работ.