СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
METHOD FOR THERMAL PROCESSING OF HOUSEHOLD AND INDUSTRIAL WASTES AND DEVICE FOR THERMAL PROCESSING OF HOUSEHOLD AND INDUSTRIAL WASTES

Изобретение относится к способам и устройствам для термической переработки бытовых и промышленных эксплуатационных отходов и может быть использовано в коммунально-бытовом хозяйстве и промышленности для их утилизации.
Известен способ термической переработки бытовых и промышленных отходов, включающий запуск газогенератора, дозированную загрузку в него отходов, перемещение переработанных отходов по замкнутому контуру в горячих выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания с выжиганием углеродистых остатков, подачу зольных остатков и шлаков в камеру выгрузки через колосниковую решетку газогенератора и очистку газогенератора в период обслуживания, причем газогенератор по замкнутому контуру перемещения отходов подогревают горячим воздухом от теплоэлектронагревателей, которые питают энергией электрогенератора двигателя, выхлопные, дымовые и горючие газы из газогенератора одновременно отводят в катализатор и далее дожигают при температуре свыше 3000°С, а также в конденсатор для их сжижения в жидкие горючие продукты, которые направляют в дозатор топливной системы двигателя, а выгрузку зольных остатков и шлаков ведут при вращении колосниковой решетки [1].
Недостатком известного способа является отсутствие непрерывности технологического процесса переработки бытовых и промышленных отходов, связанное с остановкой газогенератора при его перезагрузке и выгрузке зольных остатков и шлаков. При этом снижается производительность процесса переработки отходов за счет охлаждения газогенератора при его перезагрузке и необходимости дополнительного разогрева. Полученное жидкое топливо как продукт пиролиза детонирует в двигателе внутреннего сгорания, что снижает моторесурс.
Наиболее близким по технологической сути предлагаемому является способ очистки нефтезагрязненных слоев грунта, включающий запуск двигателя внутреннего сгорания и привод электрогенератора, нагрев теплоэлектронагревателей газогенераторов, пиролиз материала термической переработки в рабочей камере газогенератора с получением горючих и дымовых газов и продуктов термической переработки исходных материалов, газоотвод горючих и дымовых газов в конденсатор и получение жидкого топлива для двигателя внутреннего сгорания и топлива для нагрева воды в бойлере для бытовых нужд и теплообменников жилых помещений, получение электроэнергии для бытовых нужд от электрогенератора двигателя путем использования в качестве жидкого топлива двигателя продуктов пиролиза, утилизацию вредных газов двигателя путем их катализа, причем охлаждение рабочей камеры газогенератора с внешней стороны производят отточной вентиляцией воздушной полости теплозащитного кожуха газогенератора с помощью отсоса воздухозаборником двигателя при поступлении воздуха из окружающей атмосферы через отверстия перфорированного кожуха газогенератора, перед поступлением в воздухозаборник двигателя смешивается нагретый воздух отточной вентиляцией с оставшейся частью горючих и дымовых газов после их конденсации и направляют в рабочую камеру двигателя, нефтезагрязненный грунт размещают в рабочей камере газогенератора на перфорированных поддонах, загружаемых в съемную перфорированную кассету, которую устанавливают с воздушным зазором от внутренней стены рабочей камеры газогенератора, воздушный зазор камеры газогенератора разогревают открытым теплоэлектронагревателем, газогенераторы устанавливают в кузове мобильного транспортного средства и при необходимости в его прицепе соединяют между собой газоотводами параллельно для поочередного включения и выключения, а загрузку и выгрузку кассет осуществляют грузовым гидроманипулятором транспортного средства [2].
Недостатком известного способа является снижение производительности технологического процесса за счет периодической перезагрузки и выгрузки газогенераторов, а также детонация получаемого из нефтепродуктов в процессе пиролиза жидкого топлива в двигателе внутреннего сгорания.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в непрерывности технологического процесса термической переработки бытовых и промышленных отходов с получением жидкого топлива для двигателя внутреннего сгорания повышенного качества.
Технический результат по способу термической переработки бытовых и промышленных отходов, включающему запуск двигателя внутреннего сгорания и привод электрогенератора, нагрев теплоэлектронагревателей газогенератора, пиролиз материалов термической переработки в рабочей камере газогенератора с получением горючих и дымовых газов и продуктов термической переработки исходных материалов, газоотвод горючих и дымовых газов и продуктов термической переработки исходных материалов, газоотвод горючих и дымовых газов в конденсатор и получение жидкого топлива для двигателя внутреннего сгорания и топлива для нагрева воды в бойлере для бытовых нужд и теплообменников жилых помещений, получение электроэнергии для бытовых нужд от электрогенератора двигателя путем использования в качестве жидкого топлива двигателя продуктов пиролиза, утилизация вредных газов двигателя путем их катализа, достигается тем, что пиролиз материалов термической переработки в рабочей камере газогенератора производят при температуре не более 800°С при их поступательном перемещении в сквозном гладкоствольном корпусе под давлением перемещаемых штоком силового цилиндра или вращающимся шнеком из загрузочной камеры бытовых и промышленных отходов, проходящих перед поступлением в рабочую камеру газогенератора сушку в сушильной камере выхлопными газами двигателя внутреннего сгорания при температуре не свыше 200°С - с одной стороны и сопротивлении поступательному перемещению продуктов пиролиза шламовой камере - с другой стороны, загрузочную, сушильную и шламовую камеры выполняют как одно целое с гладкоствольным корпусом рабочей камерой газогенератора, гладкоствольный корпус загрузочной и шламовой камеры в процессе работы герметично закрывают, причем высушенную влагу с воздуха из сушильной камеры пропускают через фильтр и подают в всасывающий коллектор двигателя внутреннего сгорания, а сушку производят выхлопными газами двигателя, обогревающими гладкоствольный корпус сушильной камеры, охлаждение шлама производят подогреваемой для производственный и бытовых нужд водой, омывающей гладкоствольный корпус шламовой камеры, при этом после сушильной камеры выхлопные газы перед катализом направляют в теплообменник для охлаждения и нагрева воды, а дымовые и горючие газы как продукты пиролиза дополнительно перед конденсацией пропускают через аммиачный холодильник, а оставшуюся часть компрессором направляют в камеру сгорания.
Известно устройство для реализации способа термической переработки бытовых и промышленных отходов методом пиролиза, содержащее газогенератор с теплоизолирующем кожухом и камерами дозированной загрузки и выгрузки зольных остатков и шлама, а также швелькамеру с приводом в виде мотор-редуктора прямой и обратной подачи исходных отходов и продуктов их пиролиза, верхняя часть газогенератора сообщена с газоотводом, а нижняя часть сообщена с патрубком подвода выхлопных газов двигателя, газоотводный патрубок сообщается с катализатором для отделения угарного газа и далее с камерой прокаливания остатков дымовых и выхлопных газов, а гозоотвод выполнен сообщающимся с конденсатором горючих газов и патрубками подвода горючих газов и горючих жидких продуктов в дозатор двигателя, при этом внутренние стенки газогенератора швелькамеры образуют замкнутый тороидальный контур циркуляции отходов, выполнены с внутренними теплоэлектронагревателями (ТЭНами), образующими воздухонагреватели внутри газогенератора замкнутого контура и соединенными электрической цепью с электрогенератором двигателя, причем коническая колосниковая решетка швелькамеры выполнена вращающейся, а привод и камера прокаливания соединены электрической цепью с электрогенератором двигателя [1].
Существенным недостатком известного устройства является его низкая производительность переработки бытовых и промышленных отходов, связанная с периодичностью загрузочно-разгрузочных операций, охлаждения и разогрева газогенератора. Жидкое топливо, получаемое после конденсации продуктов пиролиза, детонирует в двигателе внутреннего сгорания, что снижает моторесурс последнего.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для очистки нефтезагрязненных слоев грунта, содержащее газогенераторы с теплоизолирующим кожухом и откидной крышкой, емкости рабочей камеры дозированной загрузки материалов термической обработки, выполненной с кольцевыми полостями и встроенными в них теплоэлектронагревателями, образующими воздухонагреватель замкнутого контура, электрогенератор питания теплоэлектронагревателей и электрических сетей рабочих и жилых помещений с приводом от двигателя внутреннего сгорания с топливной системой и системой водяного охлаждения, соответственно сообщающимися с конденсатором жидкого топлива из горючих и дымовых газов и бойлером горячей воды, выполненными заодно целое с конденсатором и связанным трубопроводом с теплообменниками рабочих и жилых помещений, а также выполненного с отсосом воздухозаборника, и коллекторными трубами для отвода выхлопных газов из рабочих камер двигателя через катализатор вредных газов в атмосферу, газоотводы, соединяющие кольцевые полости рабочей камеры газогенератора с конденсатором жидкого топлива, причем теплоизолирующий кожух емкости и крышки рабочей камеры газогенератора дополнительно к теплоизолирующим материалам оснащены воздушным изолятором замкнутого контура, выполненным с отточной вентиляцией с приводом от воздухозаборника двигателя и сообщающимся с атмосферой через отверстия перфорированного кожуха, вентиляционный трубопровод соединяет последовательно полости кожухов газогенераторов с воздушной емкостью бака конденсатора жидкого топлива и далее от бака конденсатора подходит к воздухозаборнику двигателя, газоотвоты горючих и дымовых газов параллельно соединяют рабочие камеры газогенераторов с конденсатором жидкого топлива и выходят в воздушную емкость из бака, рабочая камера газогенератора выполнена с перфорированной съемной кассетой с загруженным в нее на перфорированных поддонах нефтезагрязненным грунтом, при этом емкость рабочей камеры газогенератора выполнена с перфорированными ребрами жесткости, между которыми установлена кассета с зазором от емкости рабочей камеры и образующие кольцевую полость воздухонагревателя, в которой открыто установлен теплоэлектронагреватель, причем газогенераторы установлены в кузове мобильного транспортного средства, снабженного грузовым гидроманипулятором [2].
Существенным недостатком устройства является периодичность выполняемых технологических циклов, что резко сказывается на его производительности. Сильно обогащенное получаемое после пиролиза отходов жидкое топливо имеет свойство детонации в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, что приводит к снижению его моторесурса работоспособности устройства в целом.
Технический результат по устройству термической переработки бытовых и промышленных отходов, состоящему из корпуса газогенератора с пиролизной камерой и термоизолирующим кожухом, образующим кольцевую полость со встроенными в ней теплоэлектронагревателями, образующими воздухонагреватель замкнутого контура вокруг корпуса газогенератора, загрузочной камеры материалов термической обработки, электрогенератора питания теплоэлектронагревателей и электрических сетей рабочих и жилых помещений с приводом от двигателя внутреннего сгорания с топливной системой и системой водяного охлаждения, соответственно сообщающимися с конденсатором жидкого топлива из горючих дымовых газов и бойлером горячей воды, выполненным заодно целое с конденсатором и связанным трубопроводом с теплообменниками рабочих и жилых помещений, а также выполненного с воздухозаборником и коллекторными трубами для отвода выхлопных газов из рабочей камеры двигателя через катализатор вредных газов в атмосферу, откидную крышку корпуса и газоотводы, соединяющие кольцевую полость пиролизной камеры газогенератора с конденсатором жидкого топлива, достигается тем, что корпус пиролизной камеры газогенератора выполнен заодно целое с корпусами загрузочной и установленной между ними сушильной камер с одной стороны, а также заодно целое с корпусом шламовой камеры - с другой стороны, выполненными в виде гладкоствольной единой горизонтальной или наклонно установленной к горизонту металлической трубы, герметично закрывающейся откидной крышкой со стороны шламовой камеры и заваренной со стороны загрузочной камеры металлическим листом с центральной направляющей штока с поршнем силового цилиндра или вращающегося вала шнека винтового конвейера загрузочной камеры, шламовая камера закрыта герметичным кожухом с проточной водой охлаждения, а сушильная камера термоизолированным герметичным кожухом для выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания с установленным в нем отсосом продуктов сушки отходов, соединенным газоотводами через теплообменник охлаждения с фильтром всасывающего коллектора двигателя, перед катализатором выбрасываемых из сушильной камеры вредных выхлопных газов двигателя установлен теплообменник с подогреваемой водой, конденсатор пиролизной камеры связан с баком жидкого топлива как продукта пиролиза через аммиачный холодильник, а воздушная полость бака жидкого топлива через компрессор газоотвода связана с форсункой дожигаемых продуктов пиролиза в камере сгорания водонагревателя.
На чертеже представлена схема устройства для термической переработки бытовых и промышленных отходов, реализующего предлагаемый способ.
Устройство для термической переработки бытовых и промышленных отходов состоит их цельнометаллического корпуса 1, например, в виде гладкоствольной металлической, горизонтальной или наклонной трубы, разделенного на загрузочную камеру 2, сушильную камеру 3, пиролизную камеру 4 и шламовую камеру 5, камеры 3, 4 и 5 соответственно выполнены с наружными кольцевыми герметичными кожухами 6, 7 и 8, корпус 1 трубы с наружной стороны загрузочной камеры 2 герметично заварен металлическим листом 9 с центральной направляющей 10 штока 11 силового цилиндра с поршнем 12 или вращающегося шнека 13 винтового конвейера 14 загрузочной камеры 2 с загрузочным окном 15 и шиберной заслонкой 16, а с наружной стороны шламовой камеры 5 выполнен с герметично закрывающейся откидной крышкой 17. Воздушная полость 6 сушильной камеры 3 через газоотвод 18 связана с коллекторами 19 выхлопных газов двигателя 20 внутреннего сгорания, через фильтр 21 всасывающего коллектора 22 которого посредством газоотвола 23 через водяной теплообменник 24 охлаждения соединены с всасывающим стаканом 25, закрывающим герметично сквозные отверстия 26 сушильной камеры 3 и установленным в герметичной полости кожуха 6. В герметичной полости под кожухом 7 пиролизной камеры 4 установлены теплоэлектронагреватели 27, соединенные посредством электрокабеля 28 с электрогенератором 29 с приводным валом 30 от двигателя 20 внутреннего сгорания, а пиролизная камера 4 через газоотвод 31 соединена с конденсатором 32 жидкого топлива из продуктов пиролиза, встроенным в водяной теплообменник 33 и связанным с аммиачным холодильником 34, соединенным патрубком 35 с топливным баком 36 жидкого 37 и газообразного 38 топлива как продуктов пиролиза, при этом трубопровод 39 жидкого топлива 37 связан с камерой сгорания (не показана) двигателя 20 внутреннего сгорания, а газоотвод 40 и 41 газообразного топлива 38 через компрессор 42 связан с форсункой 43 его дожигания в камере 44 сгорания водонагревателя 45. Герметичный кожух 6 сушильной камеры 3 газоотводом 46 связан через водяной теплообменник 47 с катализатором 48 выхлопных газов двигателя 20 с выхлопной трубой 49. Герметичная полость под кожухом 8 заполнена простой водой 50 для охлаждения шламовой камеры 5. Устройство снабжено рельсовыми шламовыми тележками 51.
Способ термической переработки бытовых и промышленных отходов реализуется предлагаемым устройством следующим образом. В загрузочную камеру 2 корпуса 1 через открытое загрузочное окно 15 подают бытовые и промышленные горючие отходы, которые перемещают вдоль корпуса 1 поршнем 12 силового цилиндра со штоком 11 или шнеком 13 винтового конвейера 14 с уплотнением вдоль загрузочной камеры 2 в сушильную камеру 3, а шиберную заслонку 16 загрузочного окна 15 закрывают, уплотненные в сушильной камере 3 отходы сушатся горячими выхлопными газами, поступающими по газоотводу 18 из коллекторов 19 двигателя 20 внутреннего сгорания и отходящими из сушильной камеры 3 по газоотводу 46 через водяной теплообменник 47 в катализатор 48 с дальнейшим выбросом в очищенном виде через выхлопную трубу 49 в атмосферу. Сушка ведется при температуре не свыше 200°С, а высушенная из отходов влага вместе с воздухом и запахами через сквозные отверстия 26 в корпусе 1 по газоотводу 23 из всасывающего стакана 25 поступает через водяной теплообменник 24 и фильтр 21 всасывающего коллектора 22 в двигатель 20 внутреннего сгорания для их сжигания в камере сгорания (не показана). Высушенные отходы из сушильной камеры 3 поршнем 12 или шнеком 13 подают в пиролизную камеру 4, где без доступа кислорода разогревают до температуры 800°С с помощью теплоэлектронагревателей 27, работающих на электричестве, поступающем по электрокабелю 28 от электрогенератора 29, работающего от приводного вала 30 двигателя 20. Горючие дымовые газы - продукты пиролиза отходов из пиролизной камеры 4 отсасывают через конденсатор 32 водяного теплообменника 33 в аммиачный холодильник 34 и далее через патрубок 35 в топливный бак 36, из которого конденсированное жидкое топливо 37 по трубопроводу 39 поступает в камеру сгорания двигателя 20 внутреннего сгорания, а газообразное топливо 38 по газоотводу 40 и 41 компрессором 42 подают форсункой 43 в камеру 44 сгорания водонагревателя 45 для сжигания и подогрева воды. Твердые остатки после пиролиза отходов в виде шлама проталкиваются поршнем 12 или шнеком 13 в шламовую камеру 5 для охлаждения проточной водой кожуха 8, протекающей через полость в кожухе 8 с подогревом. Накопившийся в камере 5 шлам при остановке процесса пиролиза выталкивают поршнем 12 или штоком 13 при открытой крыше 17 в шламовую тележку 51. После разгрузки шламовую камеру 5 закрывают герметично откидной крышкой 17 и начинают новый цикл работы по переработке отходов. Нагретая в теплообменнике 24, 33, 47 и водонагревателе 45 вода, а также электроэнергия от электрогенератора 29 поступает в рабочие и жилые помещения.
Предложенные изобретения повышают производительность утилизации бытовых и промышленных горючих отходов за счет постоянной их переработки в пиролизной камере до момента накопления продуктов пиролиза отходов в шламовой камере. Детонация получаемого из продуктов пиролиза жидкого топлива в предлагаемом изобретении отсутствует за счет предварительного дожигания его легких летучих фракций в камере водонагревателя. Опытная установка для термической переработки бытовых и промышленных отходов прошла успешные испытания на опытном заводе «Байкал» пос.Радченко Тверской области. Конструкция установки характеризуется простотой изготовления и высокой производительностью переработки отходов.
Источники информации
1. Описание изобретения №2283987, БИ №26, 2006 (аналог по способу и устройству)
2. Заявка на изобретение №2006106156/03, МПК F23G 5/00 от 27.02.2006 (прототип по способу и устройству).