КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к переработке твердых бытовых отходов (ТБО), содержащих бумагу, дерево, резину, текстиль, пластмассы и другие горючие компоненты путем газификации горючих составляющих отходов и получения из них тепловой и/или электрической энергии.
Известно устройство для получения электрической и тепловой энергии из твердого органического топлива, содержащее бункер загрузки - дозирования органического сырья, установленный на входе реактора высокоскоростного пиролиза, в котором смонтированы нагреватель и высокочастотный генератор для возбуждения реактивной плазмы в реакторе, установленный на выходе реактора приемник твердого остатка. Выход газожидкостного продукта реактора соединен с циклоном - конденсатором, в котором осуществляется разделение полученного продукта пиролиза на жидкую фракцию (поступает в приемник жидкого топлива) и газовую фракцию (поступает на газовый двигатель, приводящий в работу электрогенератор, вырабатывающий электрическую энергию). Отработавший газ с газового двигателя поступает в теплообменник - парогенератор для производства водяного пара из воды, поступающей в парогенератор из систем водоснабжения устройства. Водяной пар транспортируется к потребителям тепла и горячей воды. Жидкое топливо может быть использовано для обеспечения работы реактора или снабжения им потребителей.
(см. патент РФ №2253070, Кл. F 23 G 5/027, 2005 г.).
В результате анализа конструкции известного устройства необходимо отметить, что предназначено для получения электрической и тепловой энергии, а также жидкого топлива из твердого органического сырья, прошедшего предварительную обработку в соответствии с требованиями, установленными для конкретного вида топлива. При использовании в качестве топлива ТБО, содержащих большое количество разнородных компонентов (дерево, резина, пластмассы и пр.) данное устройство не обеспечивает его эффективной переработки, так как полученная в результате пиролиза газожидкостная фракция
содержит большое количество примесей, наличие которых в газовой составляющей пиролиза, подаваемой на сжигание для получения энергии снижает теплотворную способность сжигаемого продукта, а значительное энергопотребление при использовании холодно-плазменного разряда реактивной плазмы с плотностью электрической энергии 0,1...1 кВт·ч на 1 кг перерабатываемого органического топлива существенно снижает эффективность использования топлива. Кроме того, возникает проблема утилизации твердого остатка, выгружаемого из реактора, количество которого, учитывая неоднородность перерабатываемой массы, весьма велико.
Известна установка для переработки ТБО, содержащая дробилку, предназначенную для измельчения ТБО, причем дробилка связана со смесителем, в который загружают твердый негорючий компонент и перемешивают для превращения их в однородную массу по размерам и составу ингредиентов ТБО, ТБО из смесителя через шлюзовую камеру загружаются в реактор, в котором загруженная смесь последовательно проходит через зоны: сушки, пиролиза, горения, охлаждения. Твердый остаток горения из реактора выгружают через шлюз выгрузки в нижней части реактора. Выгруженный остаток фракционируют на грохоте и часть его в качестве наполнителя подают в смеситель, а остальную часть направляют на захоронение. Полученный в реакторе газ направляют в конденсатор. Сконденсированная вода рециркулируется в зону охлаждения для дожигания органических соединений.
Полученный в результате переработки ТБО газ направляют на его использование, например, сжигание для получения тепловой энергии.
(см. патент РФ №2079051, кл. F 23 G 5/027, 1997 г.).
В результате анализа выполнения известной установки необходимо отметить, что установка обеспечивает переработку ТБО и получение генераторного газа, который при его последующем сжигании может быть использован для получения тепловой энергии. Однако для использования в энергетических установках, полученный из ТБО генераторный газ должен соответствовать ряду требований: обладать постоянным составом, иметь низкое содержание вредных для работы энергетической установки примесей, подаваться в энергетическую установку с
постоянным расходом.
Генераторный газ, получаемый на известной установке, может содержать вредные примеси: пыль, пиролизные смолы, соединения серы и пр., что приводит к необходимости перед использованием в энергетических установках осуществлять дополнительную его очистку.
Изменение состава ТБО, в том числе и их влажности, приводит к необходимости осуществлять его постоянный контроль и регулирование режима работы установки, которые весьма усложняют систему управления установкой. Кроме того, загружаемая в реактор смесь измельченных ТБО и твердого негорючего компонента, в процессе загрузки может подвергаться естественной сепарации из-за их разной плотности, а при несимметричной загрузке, кроме того, и к искажению температурных фронтов рабочих зон.
Известна установка для переработки органического сырья в топливные компоненты, содержащая реактор для пиролиза сырья, загружаемого в реактор из приемного бункера посредством шлюзового загрузочного дозатора. В нижней части реактора имеется зольная камера и устройство для выгрузки твердого остатка, выполненное в виде шлюзового дозатора.
В нижней части реактора над зольной камерой установлена кольцевая топочная камера, сообщающаяся с реакционной камерой реактора посредством радиальных отверстий. Топочная камера реактора снабжена тангенциальным подводом обратного газа и воздуха.
В верхней части реакционной камеры реактора имеется отвод для выдачи парогазообразной смеси, образующейся в результате термического разложения сырья. Отвод соединен с системой разделения парогазообразной смеси, включающей последовательно установленные циклон, каталитическую насадку, конденсатор для отделения воды, массообменную колонку для отделения топливной жидкости, а также центробежный активный циклон.
Движение летучих компонентов в установке осуществляется вентилятором, подключенным к активному центробежному циклону.
На выходе вентилятора установлен шиберный регулятор, осуществляющий разделение пиролизного газа на два потока, один из которых (обратный газ)
направляют в реактор для поддержания температуры процесса пиролиза, а другой отводят в теплогенератор. Теплогенератор через шиберный регулятор сообщен с сушилкой сырья и с вентилятором, соединенным с трубой выброса газа в атмосферу.
Для отвода и сбора жидких составляющих парогазообразной смеси к конденсатору через холодильник подсоединен сборник конденсата.
Для работы установки высушенное и брикетированное сырье, например, ТБО, загружают в приемный бункер, откуда оно через шлюзовой дозатор поступает в реактор для пиролиза. Полученный в результате пиролиза сырья твердый остаток выгружается установленным в нижней части дозатора шлюзовым устройством выгрузки и направляется для складирования. Парогазообразная смесь через отвод в верхней части реактора поступает в систему ее разделения, где освобождается от взвешенных частиц, воды, жидких топливных компонентов. Жидкие топливные компоненты подаются в сборник, а очищенные пиролизные газы частично подаются в реактор (обратные газы), а частично в теплогенератор на полное дожигание, например, для получения тепловой энергии.
(см. патент РФ №2182684, Кл. Р 23 О 5/027, 2002 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения данной установки необходимо отметить, что для обеспечения ее работы используется высушенное брикетированное сырье, она, как и заявленная, содержит реактор для термической переработки сырья, над реактором смонтировано шлюзовое загрузочное устройство для загрузки сырья из загрузочного бункера в реактор, снизу реактора имеется шлюзовое устройство для выгрузки твердого остатка. Известная установка, как и заявленный комплекс, имеет систему разделения парогазообразной смеси на жидкую и газообразную составляющие.
Однако конструкция известной установки не обеспечивает достаточно полной переработки сырья. Так, твердая составляющая продуктов реакции пиролиза, если она не пригодна для коксования, направляется в отвал (на захоронение). Выделенные в результате разделения парогазообразной смеси смолистые фракции не проходят дальнейшую переработку, а направляются в отстойник. Часть пиролизных газов возвращается в реактор, что также снижает эффективность использования исходного топлива.
Задачей настоящей полезной модели является разработка комплекса для переработки ТБО, обеспечивающего получение генераторного газа высокой степени очистки с последующим его использованием для получения электрической и/или тепловой энергии, а также высокую степень переработки продуктов газификации и их повторное использование при функционировании комплекса.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в комплексе для переработки ТБО, содержащем реактор для газификации исходного твердого топлива, загруженного в него, загрузочное шлюзовое устройство, размещенное сверху относительно реактора и предназначенное для загрузки в реактор исходного твердого топлива из загрузочного бункера, как минимум, одно, шлюзовое устройство, размещенное под бункером и предназначенное для выгрузки из реактора твердого остатка процесса газификации, отвод, установленный на реакторе для отбора из реактора генераторного газа, систему использования тепла и очистки генераторного газа, новым является то, что комплекс снабжен вторым реактором для газификации выделенных жидких смолистых продуктов газификации, системой использования тепла и очистки генераторного газа, которая выполнена в виде последовательно соединенных транспортирующих средств: испарителя, очистителя от твердых компонентов, разделителя жидкой и газовой фаз генераторного газа и теплообменного устройством, причем выход испарителя соединен с отводом первого реактора, а газовый выход разделителя жидкой и газовой фаз - с теплообменным устройством, имеющим возможность соединения с энергетической установкой и/или с газгольдером, а выход жидкой фазы разделителя соединен с отстойником, выход которого соединен с входом второго реактора, выход которого соединен с входом испарителя, причем комплекс может быть снабжен модулем подачи сырья, выполненным в виде бункеров для перерабатываемых отходов и наполнителя, под выходами бункеров установлен транспортер, имеющий возможность соединения посредством транспортирующего средства с загрузочным бункером реактора, а устройство для выгрузки из реактора твердого остатка посредством транспортирующего средства связано с бункером для наполнителя, причем транспортирующее средство снабжено сепаратором для отделения зольных компонентов от твердого
остатка, при этом комплекс может быть снабжен участком (модулем) подготовки отходов, включающим установку для измельчения отходов, устройство осушки и перемешивания отходов и машину брикетирования измельченных и перемешанных отходов, причем установка для измельчения соединена транспортирующим средством с устройством сушки и перемешивания, а последнее - с машиной брикетирования, при этом выход машины брикетирования имеет возможность соединения со складским модулем или с модулем загрузки, а вход второго реактора может быть соединен транспортирующим средством с выходом машины брикетирования или со складским модулем, кроме того, комплекс может быть дополнительно снабжен вторым теплообменным устройством и смесителем, соединенным с первым и/или вторым реактором, причем вход теплообменника соединен с выходным элементом энергетической установки для подачи продуктов сгорания через теплообменник в смеситель, который соединен со вторым выходом испарителя.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентоспособности «новизна».
Сведений, изложенных в материалах заявки достаточно для практического осуществления полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема комплекса для переработки ТБО.
На схеме применены следующие обозначения стрелками:
сплошная стрелка: направление движения перерабатываемых ТБО, генераторного газа, отходящих газов и остатков;
штриховая стрелка - подача газифицирующего агента;
контурная стрелка с прямой задней частью - подача воздуха и воды;
контурная стрелка с углубленной задней частью - отвод тепла.
Комплекс для переработки ТБО выполнен в виде модуля подготовки ТБО к переработке, включающего установку 1 для измельчения ТБО, соединенную транспортирующим средством с устройством 2 сушки и перемешивания измельченных ТБО, которое транспортирующим средством соединено с машиной 3
брикетирования измельченных, перемешанных и высушенных ТБО.
Подготовленные к переработке ТБО могут храниться на складе 4 промежуточного хранения.
Комплекс также может содержать модуль подачи сырья, представляющий топливный бункер 5 для ТБО и бункер 6 для негорючего неплавящегося материала (наполнителя). Бункеры 5 и 6 посредством транспортирующих средств, например, посредством транспортера 7 и подъемника 8 связаны с загрузочным бункером 9, установленным на загрузочном шлюзовом устройстве 10, имеющим известное устройство для выравнивания фронта засыпаемого в реактор сырья (не показано) и смонтированным у верхней части первого реактора 11, в нижней части которого имеется как минимум, одно выгрузочное шлюзовое устройство 12 для выгрузки твердого остатка, под которым установлен транспортер 13, направленный в бункер 6. В области транспортера 13 или на его неподвижной части установлен сепаратор 14, под которым размещен бункер 15.
В состав комплекса входит система очистки генераторного газа, полученного в результате газификации загруженного в реактор сырья. Система содержит очистители 16 и 17 генераторного газа, соединенные между собой транспортирующими средствами. Очиститель 17 связан первым выходом с теплообменным устройством 18, выход которого имеет возможность соединения с энергетической установкой 19 (для получения электричества и/или тепла) и/или с газгольдером 20. Второй выход очистителя 17 связан с отстойником 21, выход которого связан с входом второго реактора 22. Вход второго реактора 22 может быть связан транспортирующим средством со складом 4.
В реакторах 11 и 22 имеются отводы генераторного газа, связанные с испарителем 23, входящим в систему подготовки газифицирующего агента, первый выход которого связан с входом очистителя 16, а второй - с первым входом смесителя 24 газифицирующего агента, второй вход которого связан с выходом теплообменного устройства 25, вход которого имеет возможность соединения с энергетической установкой 19. Выход смесителя 24 связан с реактором 11.
Для обеспечения работы комплекса к нему, естественно, подведены системы
электропитания, водо - и воздухоснабжения и другие, необходимые для обеспечения функционирования комплекса. Все транспортирующие системы комплекса, соединяющие его агрегаты, транспортеры, газо-, водо-, паро- и воздухопроводы выполнены известным образом и поэтому в материалах заявки не раскрыты. Конструкция используемых в комплексе бункеров является стандартной. В качестве подъемника может быть использован, например, подъемник скиповой конструкции.
Комплекс может обеспечивать генераторным газом силовую энергетическую установку, производящую электрическую энергию, энергетическую установку для получения тепловой энергии. В принципе, комплекс может работать, отводя генераторный газ в газгольдер для его накопления. Газгольдер может быть использован и для поддержания равномерного расхода газа при работе энергетической установки.
Модуль подготовки ТБО и склад их промежуточного хранения могут входить в структуру комплекса или располагаться автономно от него. Подача к комплексу подготовленного к переработке сырья осуществляется в данном случае известным образом, например, автотранспортом.
Комплекс для переработки твердых бытовых отходов работает следующим образом.
На модуле подготовки ТБО принимают отходы и направляют их в установку 1, где осуществляют измельчение отходов. Измельченные отходы из установки 1 подаются в устройство 2, где осуществляется их перемешивание и сушка. В результате на выход устройства 2 поступает равномерно перемешанная и высушенная масса, имеющая однородный состав, как по составу, так и по размерам. Данная масса брикетируется на машине 3 и для обеспечения непрерывности технологического процесса переработки может быть направлена на склад 4 или в бункер 5, или в загрузочные бункеры реакторов.
Для организации модуля подготовки ТБО используют известное оборудование. Так, для дробления и измельчения отходов может быть использована установка роторного типа с ножами, для осушки - механическое и/или термическое сушильное оборудование барабанного типа, для перемешивания -
лопастное либо шнековое оборудование, а для брикетирования - шнековые экструдеры или вибропрессы.
Для осуществления процесса переработки подготовленные ТБО загружают в бункер 5, а в бункер 6 - в случае необходимости - наполнитель, который может быть загружен либо со склада 4 промежуточного хранения, либо посредством транспортера 13. Из бункеров 5 и 6 рабочие компоненты (однородная брикетированная масса и наполнитель) последовательно, без смешения, подаются на транспортер 7 и посредством подъемника 8 загружаются в бункер 9 реактора, например, шахтного типа. В открытом положении герметичного шлюзового устройства 10 рабочие компоненты через устройство для выравнивания фронта (не показано) загружаются в реактор 11 для переработки.
В реакторе 11 загруженное сырье последовательно проходит известные зоны обработки: сушку, подогрев, сухую перегонку, газификацию, охлаждение твердого остатка. Процедура переработки ТБО в реакторе является достаточно известной и в ее детальном описании нет необходимости.
В процессе работы реактора 11 генераторный газ скапливается в его верхней части, а твердый остаток, включающий наполнитель, золу и несгоревшие остатки - в нижней части реактора.
Выгрузка твердого остатка осуществляется через герметичное шлюзовое устройство 12 на транспортер выгрузки 13 или в бункер (не показан). Количество шлюзовых устройств 12 может быть различным. Конструкции шлюзовых устройств 10 и 12 являются известными и нет необходимости в их подробном описании.
Перемещаясь по транспортеру 13, твердый остаток подвергается разделению на сепараторе 14 (может быть использовано в качестве сепаратора решетчатое сито со встряхиванием), в результате чего зола поступает в бункер 15 для утилизации или захоронения, а наполнитель - в бункер 6.
Генераторный газ, собираемый в верхней части реактора 11 через выход поступает в первый контур испарителя 23, во втором контуре которого осуществляется образование и подогрев паро-воздушной смеси, после чего он поступает на очиститель 16, для удаления твердых компонентов. В качестве
очистителя может быть использован вихревой очиститель - циклон. Далее газ поступает в очиститель 17, где осуществляется разделение генераторного газа на жидкую и газовую фазы. Для выделения из генераторного газа жидкой фазы может быть использован очиститель, например, инерционного типа.
Очищенный от воды, твердых включений и жидкой фазы генераторный газ поступает в теплообменник 18, где доводится до заданной температуры.
Очищенный описанным выше образом генераторный газ может подаваться в виде газообразного топлива на энергетическую установку 19 для получения электроэнергии или тепла, в зависимости от ее исполнения. Конструкции таких установок широко известны.
Полученный в реакторе и прошедший очистку генераторный газ может быть направлен в газгольдер 20 на хранение или для обеспечения бесперебойной работы энергетической установки 19.
В процессе работы комплекса жидкая фаза, отобранная при очистке газа в очистителе 17, направляется в отстойник 21. Выделенные в отстойнике смолы направляются на вход второго реактора 22, в который загружают также брикетированное сырье, например, со склада 4, а сконденсированная вода может быть подана на испаритель 23. Полученный в результате проведения реакции в реакторе твердый остаток выводится в бункер (позицией не обозначен), а газ подается на вход испарителя 23 для образования и подогрева паро-воздушной смеси аналогично описанному выше.
Образующиеся в процессе работы энергетической установки 19 продукты сгорания генераторного газа могут отбираться и направляться в теплообменное устройство 25. Теплообменные устройства 18 и 25 выполнены известным образом и могут быть использованы в качестве источника тепловой энергии для систем отопления и/или горячего водоснабжения.
Из теплообменного устройства 25 продукты сгорания могут направляться в смеситель 24, где смешиваются с паро-воздушной смесью, подаваемой в смеситель из испарителя 23 и направляется в реактор 11 в качестве газифицирующего агента.
Несомненным достоинством выполнения комплекса для переработки ТБО является обеспечение получения газа высокой очистки, так как после его
получения в реакторе он последовательно очищается от твердых включений и жидкой фазы, включающей смолы. Выполнение комплекса позволяет, в том числе осуществить переработку отходов, получаемых при функционировании самого комплекса. Жидкие фракции, выделенные при очистке генераторного газа, сепарируются в отстойнике 21 и выделенные смолы направляются во второй реактор 22. Реактор 22 может быть выполнен прямоточного (обращенного) типа.
Полученный в реакторе 22 газ направляется в очиститель 16 для его очистки через испаритель 23.
Образующиеся в процессе работы силовой установки 19 продукты сгорания отбираются и подаются в теплообменное устройство и далее - в смеситель 24, где смешиваются с паро-воздушной смесью, подаваемой в смеситель из испарителя, и направляются в реактор 11.
Изложенное выше позволяет свести к минимуму количество отходов, получаемых при работе комплекса.
Наличие в комплексе двух реакторов и газгольдера позволяет обеспечить непрерывное функционирование комплекса, что весьма важно при обеспечении потребителей электроэнергией и теплом.
Наличие участка подготовки ТБО позволяет обеспечить загрузку в реактор 11 сырья однородного как по составу, так и по размерам, что обеспечивает получение генераторного газа с постоянными характеристиками, что облегчает его дальнейшую обработку (очистку), а также существенно облегчает управление работой комплекса при переработке ТБО.