СИСТЕМА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ГОРЮЧИХ ОТХОДОВ И СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ПРИ ПОМОЩИ ДАННОЙ СИСТЕМЫ
SYSTEM OF THERMAL DECOMPOSITION OF COMBUSTIBLE WASTES, AND METHOD OF WASTE UTILISATION BY MEANS OF THAT SYSTEM

Данное изобретение касается системы обработки различных горючих отходов и способа их утилизации, а именно усовершенствованной системы обработки горючих отходов и способа их утилизации, по которому горючие отходы, поступающие в мусоросжигатель, изолируются от доступа воздуха или иных газов и подвергаются термическому разложению и коксованию посредством косвенного нагрева через теплообменные трубы, после чего горючий газ возвращается на повторное использование, в атмосферу не попадает ядовитый газ и т.д.
В последнее время проблема переработки горючих отходов, таких как промышленные шлаки и отходы жизнедеятельности, бурно обсуждается, и предлагаются разнообразные способы ее решения.
Чаще всего предлагается минимизировать объем горючих отходов, сжигая их, осуществляя захоронение или сбрасывая в океан.
Однако все вышеперечисленные способы сопряжены с серьезными социальными проблемами. Вторичное загрязнение грунтовых вод и почвы ограничивают возможности для захоронения, а опасность отравления гидросферы побуждает все больше стран запрещать сбрасывать отходы в океан.
Кроме того, при сжигании горючих отходов в атмосферу выбрасывается большое количество ядовитых газов, таких как диоксин, и т.д., угрожающих окружающей среде и здоровью людей. Стоит заметить, что эти газы сами по себе горючие, и их можно использовать как топливо, однако при сжигании отходов по обычному способу извлечь и использовать этот полезный ресурс невозможно.
Чтобы решить вышеупомянутые проблемы, были разработаны различные аппараты и способы для сжигания отходов и извлечения горючих газов. Однако при использовании традиционного оборудования и способов затрачивается слишком много времени и тепла на удаление влаги из отходов и извлечение горючих газов.
С учетом этих моментов были предложены другие способы измельчения и сжатия отходов, однако полностью удалить воздух, влагу и газы из толщи отходов и избежать образования ядовитых веществ во время обработки весьма затруднительно, и, как следствие, не удается получить горючие газы достаточного качества, что делает переработку нецелесообразной.
Прогрессом в решении задачи стал способ утилизации отходов посредством термического разложения, который представляет собой нагрев отходов без доступа кислорода или при низком содержании кислорода с получением твердого, жидкого и газообразного топлива, а в техническом исполнении отходы разлагались без удаления воздуха, чтобы извлечь горючие газы. Однако если следовать данному способу термического разложения, возможно образование загрязненных газов, содержащих ядовитые продукты окисления и неполного сгорания, поскольку из отходов перед разложением не удаляется воздух.
Чтобы избежать этих трудностей, был предложен способ (корейский патент №10-0510818) переработки отходов путем термического разложения и коксования в вакууме. В соответствии с этим патентом отходы и загрязненные газы вытеснялись расширением перегретого водяного пара, однако часть воздуха все же оставалась загрязненной, а расходы на топливо дополнительно возрастали из-за многократного нагрева и охлаждения.
Кроме того, для осуществления монтажных работ, например сварки, рабочим придется забираться непосредственно внутрь установки, что было возможно только в случае крупной установки и невозможно в случае средней или малой.
Также нужно иметь в виду, что вакуумирование печи посредством охлаждения занимает длительное время, из-за чего снижается эффективность работы, а сама печь подвергается деформациям, из-за чего область применения ограничивается.
Одновременно был предложен способ разложения в барабанной печи, при котором барабанная печь устанавливается горизонтально и вращается приводом, а отходы сжигаются внешним нагревом; однако из-за отсутствия в печи вакуума остается проблема выделения ядовитых продуктов сгорания, а необходимость применения приводного механизма ведет к усложнению и удорожанию конструкции. Кроме того, излишне высокие затраты энергии на вращение сравнительно крупной печи и расход топлива на внешний нагрев, низкий КПД и сложность дальнейшей утилизации остатков отходов ограничивают применение этого способа.
Таким образом, данное изобретение было предложено для того, чтобы устранить вышеупомянутые недостатки. Объектами данного изобретения являются система термического разложения горючих отходов и способ их утилизации, по которым горючие отходы изолируются от доступа воздуха или иных газов и подвергаются термическому разложению и коксованию без попадания образовавшихся ядовитых газообразных веществ в атмосферу, при этом образующиеся горючие газы собираются для повторного использования.
Дополнительно, объект данного изобретения касается реализации системы термического разложения горючих отходов и способа утилизации отходов, по которому горючие отходы перерабатываются в мусоросжигателе с камерой термического разложения, камерой сгорания и камерой водяного охлаждения. Содержимое камеры термического разложения изолировано от воздуха и иных газов камерой водяного охлаждения, а отсутствие воздуха легко проверяется вакуумметром, что гарантирует эффективность системы.
Объект данного изобретения касается реализации стадий системы переработки отходов: ввода отходов, ограждения от воспламенения перегретым водяным паром, закрепления ограждения от воспламенения, нагревания и высушивания, термического разложения и коксования отходов, вывода газов, содержащих перегретый пар и ядовитые вещества, рециркуляции и сбора горючих газов.
Для выполнения вышеупомянутой задачи система термического разложения горючих отходов в соответствии с данным изобретением включает в себя следующие элементы: мусоросжигатель с камерой термического разложения, через полость которой проходит несколько теплообменных труб, тепло которых нагревает отходы и вызывает их разложение и коксование; камера сгорания, размещенная снизу от камеры термического разложения, в отдельной секции, откуда в теплообменные трубы камеры разложения подается горячий воздух, создающий необходимую для разложения отходов температуру; охлаждающая камера, отдаленная от камеры термического разложения и охватывающая ее, в которую поступает охлаждающаяся вода; парогенератор, сообщающийся с камерой термического разложения через трубу принудительной подачи водяного пара; охлаждающая установка, сообщающаяся с камерой водяного охлаждения через трубы подачи и вывода холодной воды (по этому контуру циркулирует охлаждающая вода); очиститель, сообщающийся с камерой термического разложения через трубу вывода газа (в нем удаляются ядовитые газы, содержащиеся в инертных газах и горючих газах); хранилище очищенного горючего газа, сообщающееся с очистителем через газопровод и с камерой сгорания через циркуляционный газопровод, градирня, куда через трубу регенерации отработанного тепла поступает горячий воздух из теплообменных труб и где он охлаждается перед сбросом в атмосферу.
В это же время камера термического разложения мусоросжигателя включает в себя патрубок ввода отходов с открытой и закрываемой крышкой на верхней стороне, патрубок вывода пепла с открытой и закрываемой крышкой для сбора продуктов разложения и коксования отходов на нижней стороне и внутреннюю обечайку с закрытой полостью, через которую проходит несколько теплообменных труб, а в нижней части в боковую поверхность обечайки вмонтированы патрубок вывода газа, связанный с газовыпускной трубой, и патрубок ввода пара, связанный с трубой подачи пара, предохранительный клапан, температурный датчик, манометр и вакуумметр.
Кроме того, в случае необходимости манометр и вакуумметр монтируются на соединительных патрубках на верхней крышке внутренней обечайки и, соответственно, на двух выступающих ответвлениях соединительного патрубка; при этом состояние камеры термического разложения может контролироваться распределительным клапаном.
Дополнительно теплообменная труба имеет многократно изогнутую форму и включает в себя нижнюю трубку, вделанную в нижнюю крышку камеры термического разложения и сообщающуюся с камерой сгорания, соединительную трубку, связанную с верхней частью нижней трубки и выполненную в форме многократно повторенного изгиба, и верхнюю трубку, одним концом связанную с верхней частью соединительной трубки и другим - с трубой регенерации отработанного тепла, и проходящую через верхнюю крышку, а на верхнем конце оснащенную увлажнителем.
Также камера сгорания мусоросжигателя включает в себя основной корпус, внутренняя периферийная поверхность которого выложена огнеупорным материалом, а внутреннее пространство которого сообщается с теплообменными трубами, циркуляционный газовый патрубок, соединенный с циркуляционным газопроводом, на боковой стороне основного корпуса, и отверстие под размещение горелки.
В то же время, главный корпус камеры сгорания также включает патрубок ввода воздуха, соединенный с установкой непрерывной подачи воздуха.
Дополнительно камера водяного охлаждения мусоросжигателя включает в себя внешнюю обечайку, отдаленную на определенное расстояние от внешней поверхности камеры термического разложения и образующий между ними закрытое пространство; в боковой поверхности внешней обечайки с одной стороны вмонтирован патрубок ввода охлаждающей воды, связанный с трубой подачи охлаждающей воды, а с другой - патрубок вывода, связанный с трубой вывода охлаждающей воды.
Также в случае необходимости, мусоросжигатель включает в себя опорную раму, которая помещается на нижнюю часть камеры сгорания на определенном расстоянии от земли, и лестницу на внешней стороне длиной больше, чем высота мусоросжигателя и с ограждением - корзиной наверху.
Дополнительно охлаждающая установка включает в себя трубу подачи охлаждающей воды в камеру водяного охлаждения через регулировочный клапан, сливную трубу для вывода охлаждающей воды из камеры водяного охлаждения через регулировочный клапан и холодильник, связанный с одной стороны с трубами подачи охлаждающей воды, а с другой - с концом сливной трубы; когда камера водяного охлаждения заполняется водой, поступление воды извне через трубу подачи прекращается, и холодильник повторно охлаждает воду, использованную в камере водяного охлаждения, и возвращает ее в камеру на повторное использование.
Кроме того, очиститель включает в себя, по крайней мере, один или больше сообщенных друг с другом через соединительный газопровод очистительных резервуаров, куда поступают через газовыпускуную трубу инертные газы и горючие газы, после чего ядовитые и зловонные вещества удаляются нейтрализацией водой, адсорбцией на угле или фильтрованием.
Далее градирня включает в себя следующие элементы: корпус, соединенный сбоку с трубой регенерации отработанного тепла; верхняя часть корпуса связана со сливной трубой, во внутренней части корпуса установлено несколько вертикальных охлаждающих труб, снабженных распылительными форсунками; трубопровод, соединенный через насос с трубой для охлаждающей воды; резервуар для охлажденной воды, связанный сверху с соединительной трубой, идущей вниз от корпуса, а сбоку - с трубопроводом; в градирне горячий воздух из трубы регенерации отработанного тепла охлаждается холодной водой, разбрызгиваемой через форсунки, и выбрасывается в атмосферу.
Способ переработки отходов посредством системы термического разложения, включающей в себя мусоросжигатель с камерой термического разложения, камеру сгорания, размещенную снизу камеры термического разложения в отдельной секции, и камеру водного охлаждения, размещенную в рубашке камеры термического разложения, состоит из следующих стадий: ввод отходов в камеру термического разложения с последующим ее запиранием; ограждение от воспламенения путем введения в камеру термического разложения перегретого пара, который, расширяясь, ограждает отходы от воздействия воздуха или иных газов; ввод холодной воды в камеру водного охлаждения для понижения давления перегретого пара в камере термического разложения и закрепления ограждения; спад давления контролируется по вакуумметру, закрепленному на боковой поверхности камеры термического разложения; высушивание отходов путем косвенного обогрева камеры термического разложения горячим воздухом, нагреваемым горелкой в камере сгорания; термическое разложение и коксование горючих отходов в камере термического разложения; вывод расширившегося за предыдущие стадии перегретого водяного пара и образовавшихся инертных газов и горючего газа через клапан; очистка загрязненного газа и отправка горючего газа в газохранилище или в камеру сгорания.
Кроме того, способ термического разложения отходов включает в себя вывод горячего воздуха, косвенно обогревающего камеру термического разложения на стадии термического разложения и коксования, охлаждение этого воздуха водой в инжекторной градирне и сброс в атмосферу.
При этом в вышеупомянутых действиях указанный мусоросжигатель включает в себя камеру термического разложения, через полость которой проходит несколько теплообменных труб, тепло от которых обогревает вводимые горючие отходы и вызывает их термическое разложение и коксование; камеру сгорания, помещенную в отдельной нижней секции, откуда через теплообменные трубы подается горячий воздух, за счет тепла которого происходит разложение отходов; камеру водяного охлаждения, размещенную в рубашке камеры термического разложения, куда подается охлаждающая вода, контролирует состояние камеры термического разложения вмонтированными в боковую поверхность камеры термического разложения предохранительным клапаном, температурным датчиком, манометром и вакуумметром.
Согласно данному изобретению горючие отходы подвергаются термическому разложению и коксованию без доступа воздуха или иных газов; предотвращается попадание в атмосферу загрязненных и ядовитых газов. Кроме того, образовавшиеся горючие газы собираются и сохраняются для повторного использования.
Внутренняя полость мусоросжигателя заполняется перегретым водяным паром, чтобы оградить находящиеся внутри горючие отходы от воздуха, способного поддерживать горение, так что отходы обогреваются косвенно и подвергаются термическому разложению и коксованию, благодаря чему предотвращается загрязнение атмосферы продуктами горения, извлекается полезный горючий газ, образующийся при высушивании отходов, и экономится энергия.
По вакуумметру визуально определяется, что после циркуляции охлаждающей воды через камеру водяного охлаждения в камере термического разложения не остается воздуха, способного поддерживать горение, что способствует надежности и эффективности процесса.
Следующие фигуры приведены для лучшего понимания сути изобретения, включены в данное описание, составляют ее часть, иллюстрируют воплощения изобретения и вместе с описанием служат для объяснения сущности изобретения.
Фиг.1: схематическое изображение системы термического разложения горючих отходов в соответствии с данным изобретением.
Фиг.2: конструкция системы термического разложения горючих отходов в соответствии с данным изобретением.
Фиг.3 и 4: виды печи, используемой в системе термического разложения горючих отходов в соответствии с данным изобретением.
Фиг.5 и 6: фронтальные виды теплообменной трубы, манометра и вакуумметра, применяемых на Фиг.3 и 4.
Фиг.7: блок-схема способа утилизации отходов при помощи системы термического разложения горючих отходов в соответствии с данным изобретением.
Как показано на фигурах, система термического разложения горючих отходов 1 в соответствии с данным изобретением включает в себя мусоросжигатель 10, в котором горючие отходы подвергаются термическому разложению и коксованию с выделением инертных и горючих газов, парогенератор 50 и охлаждающую установку 60, связанные с мусоросжигателем 10, очиститель 20 для удаления ядовитых веществ, содержащихся в инертных и горючих газах, газохранилище 30 для хранения горючего газа, градирню 40 для удаления отработанного тепла из горячего воздуха перед его сбросом в атмосферу.
Кроме того, в боковую поверхность мусоросжигателя 10 вмонтирована горелка 70 для нагревания воздуха в нижней части мусоросжигателя 10.
Мусоросжигатель 10 включает в себя камеру термического разложения 10а, во внутренней полости А которой горючие отходы подвергаются термическому разложению и коксованию; камеру сгорания 10b, во внутренней полости В которой горелка 70 нагревает воздух, который косвенно обогревает камеру термического разложения 10а; камеру водяного охлаждения 10с, внутренняя полость С которой охватывает камеру термического разложения 10а.
Через полость камеры термического разложения 10а проходит несколько теплообменных труб 14, теплом от которых обогреваются горючие отходы в полости А до термического разложения и коксования в отсутствие воздуха или газа для горения.
Камера сгорания 10b устроена снизу от камеры термического разложения 10а и отделена от нее пластиной; нагретый горелкой в камере сгорания воздух подается в теплообменные трубы 14, отдавая тепло отходам, что приводит к их термическому разложению и коксованию.
Камера водяного охлаждения 10с отделена от камеры термического разложения 10а и обхватывает ее. Через камеру водяного охлаждения протекает охлаждающая вода, а по вакуумметру контролируется отсутствие в камере термического разложения 10а воздуха.
Далее будет детально описана конструкция печи 10.
Как следует из фиг.2, парогенератор 50 сообщается с камерой термического разложения 10а мусоросжигателя через трубу подачи пара 51; в парогенераторе вода, находящаяся внутри или подаваемая извне, нагревается от горелки, питаемой топливом из устанавливаемого отдельно бака 53, с образованием перегретого пара, который через трубу подачи пара 51 впрыскивается в полость А камеры термического разложения 10а.
Таким образом, в камере термического разложения 10а создается давление расширения принудительно введенного перегретого пара, и горючие отходы в камере ограждаются от воздуха и иных газов. Другими словами, в соответствии с данным изобретением, при обработке горючих отходов применяется принудительное введение в камеру термического разложения перегретого пара из парогенератора 50, так что горючие отходы подвергаются термическому разложению и коксованию без возгорания.
Если подробнее, то внутренняя полость А камеры термического разложения 10а полностью заполняется перегретым водяным паром, так что внутри камеры термического разложения создается давление расширения перегретого пара, которым вытесняются из камеры воздух и другие газы.
Поскольку внутренняя полость камеры термического разложения целиком заполнена перегретым паром, большая часть воздуха и других газов вытесняется из камеры, а те газы, которые остаются в камере, поглощаются паром и обволакиваются молекулами воды. В результате горючие отходы оказываются защищены от воздуха водяной пленкой.
Поскольку горючие отходы внутри камеры термического разложения 10а ограждены от воздуха водяной пленкой, образованной перегретым водяным паром, горючие отходы не воспламеняются от внешнего тепла, а подвергаются термическому разложению и коксованию.
Это означает, что внутри камеры термического разложения 10а отсутствует воздух, способный поддерживать горение, в ходе которого горючие газы, присутствующие внутри горючих отходов, находящихся в камере термического разложения 10а, могут превращаться в ядовитые вещества, например в диоксин.
Поэтому крайне важно подтвердить, что горючие отходы в камере термического разложения 10а действительно защищены от воздуха и других газов, что определяется по манометру PG и вакуумметру VG, установленным на мусоросжигателе 10.
Поскольку в камере термического разложения 10а мусоросжигателя, заполненной перегретым водяным паром из парогенератора 50, образуется давление расширения, по манометру PG можно определить, ограждена ли камера термического разложения 10а от воздуха или иных газов и, следовательно, отсутствует ли там воздух, способный поддерживать горение, в зависимости от предварительно вычисленного значения давления. Это может быть установлено, читая показания давления на манометре PG.
Однако по одному только манометру нельзя точно установить, действительно ли в камере отсутствует воздух, поэтому необходимо применять иные визуальные способы. Если количество перегретого пара в камере значительно превысит предписанное значение, избыточное давление может привести к несчастному случаю.
Чтобы точно определить, что в полости А камеры термического разложения 10а, находящейся под избыточным давлением, отсутствует воздух, используют вакуумметр. Но чтобы вакуумметр можно было применить, давление необходимо снизить.
Сброс избыточного давления достигается за счет циркуляции в камере водяного охлаждения 10с мусоросжигателя 10 охлаждающей воды из охлаждающей установки 60. После удаления воздуха или газов, присутствующих в отходах, избыточным давлением перегретого пара сброс давления приводит к тому, что из отходов удаляются остатки газов, благодаря чему достигается максимальная эффективность термического разложения.
Охлаждающая установка 60 сообщается с камерой водяного охлаждения 10с мусоросжигателя через трубу подачи холодной воды 62 и трубу вывода холодной воды 63, вмонтированных в боковую поверхность камеры, через которые циркулирует охлаждающая вода.
Если подробнее, как следует из фиг.2, охлаждающаяся установка 60 включает в себя трубу подачи 62, через которую холодная вода подается в камеру водяного охлаждения 10с из внешнего источника через клапан, сливная труба 63 для вывода холодной воды из камеры водяного охлаждения 10 с через клапан и холодильник 61, с одной стороны соединенный с трубой подачи 62, а с другой - со сливной трубой 63.
Сначала через трубу подачи 62 холодная вода из магистрального трубопровода подается в полость С камеры водяного охлаждения 10с, пока камера не будет наполнена. В это время в холодильник 61 поступает отработанная вода из камеры водяного охлаждения 10с через трубу слива 63, охлаждается и возвращается в камеру водяного охлаждения через трубу подачи 62 для повторного использования.
Если посредством вакуумметра VG подтверждается, что в камере термического разложения 10а мусоросжигателя 10 нет воздуха, то есть отходы ограждены от воздуха или иных газов, охлаждающая установка 60 удаляет холодную воду из камеры водяного охлаждения 10с.
Очиститель 20 сообщается с камерой термического разложения 10а мусоросжигателя через газовыпускную трубу 4, и в нем удаляются ядовитые вещества, содержавшиеся в инертных газах и горючем газе. С этой целью в очиститель 20 включено несколько резервуаров очистки 20а, 20b, 20c, соединяющий их газопровод 21 и, в случае необходимости, - перекачивающий насос.
Как следует из фиг.2, очиститель 20 связан с одним концом газовыпускной трубы 4, так что инертные газы и горючие газы, содержащие ядовитые вещества, попадают в него. Ядовитые и зловонные вещества удаляются нейтрализацией водой, адсорбцией на угле или фильтрованием. Очиститель 20 включает в себя, по крайней мере, еще один из резервуаров 20а, 20b или 20c, связанных газопроводом 21.
Предпочтительно в последнем резервуаре 20с устанавливаются фильтры и через газопровод 21 очищенный горючий газ из очистителя 20 попадает в газохранилище 30.
Часть горючего газа из газохранилища 30 через циркуляционный газопровод 31 возвращается в камеру сгорания 10b мусоросжигателя 10 на повторное использование.
Этот газ используется как топливо для горелки 70 в камере сгорания 10b для повышения теплового КПД.
Как уже упоминалось, часть горючего газа, циркулирующего через циркуляционный газопровод 31, соединяющий газохранилище 30 и внутреннюю полость В камеры сгорания 10b мусоросжигателя, сжигается в камере сгорания 10b в горелке 70, чтобы повысить температуру воздуха, прогоняемого через камеру термического разложения 10а, с целью максимизировать тепловую эффективность и избежать попадания ядовитых веществ в атмосферу или несанкционированных сбросов.
С целью увеличения до предела экономии энергии температура в камере термического разложения 10а поддерживается на уровне не выше 700°C.
В камере сгорания 10b образуется горячий воздух, и перед сбросом в атмосферу его нужно охладить. С этой целью система термического разложения 1 согласно данному изобретению включает в себя градирню 40, в которую через трубу регенерации отработанного тепла 3, соединенную с теплообменными трубами 14 мусоросжигателя 10, попадает горячий воздух, чтобы охладиться перед сбросом в атмосферу.
Сброс горячего воздуха непосредственно в атмосферу опасен атмосферным потеплением и возможными климатическими отклонениями. Соответственно, чтобы избежать этих нежелательных последствий, установлена градирня 40, сообщающаяся с трубой регенерации отработанного тепла 3.
Как следует из фиг.2, градирня 40 включает в себя длинный корпус 41, внутри которого смонтирована труба для холодной воды 42, а снизу - бак для холодной воды 46, сообщающийся с корпусом 41.
Труба для охлаждающей воды 42 соединена через трубопровод 45 с резервуаром 46, откуда охлаждающая вода подается в трубу 42 под надлежащим давлением насосом; в трубу 42 встроено множество распылительных форсунок 43.
Когда горячий воздух попадает в градирню 40 через трубу регенерации отработанного тепла 3, охлаждающаяся вода из резервуара 46 подается в корпус 41 при надлежащем давлении через трубопровод 45 и трубу 42, а затем разбрызгивается через форсунки 43. Полностью охлажденный водой воздух выводится в атмосферу через газовыпускную трубу 44. Поданная через форсунки 43 вода возвращается через соединительную трубу 47 в резервуар 46 на повторное использование.
Другими словами, сбоку в корпус градирни 40 входит труба регенерации отработанного тепла 3, а из верхней части корпуса градирни 40 выходит газовыпускная трубка 44. Градирня 40 включает в себя вертикально установленный корпус 41 с трубой для охлаждающей воды 42, снабженной множеством форсунок 43; трубопровод для охлаждающей воды 45, связанный с трубой для охлаждающей воды 42; насос, перекачивающий охлаждающуюся воду; соединительная труба 47, идущая вниз от корпуса 41; резервуар для охлаждающей воды 46, в верхнюю часть которого входит трубопровод 45. В результате горячий воздух, поступающий через трубу регенерации отработанного тепла 3, охлаждается водой, распыляемой через форсунки 43, и выводится в атмосферу.
Обращаясь к фиг.2-7, далее в подробностях описывается конструкция мусоросжигателя 10, примененного в системе термического разложения горючих отходов 1 данного изобретения.
Во-первых, мусоросжигатель 10, как уже упоминалось, включает в себя камеру термического разложения 10a, камеру сгорания 10b и камеру водяного охлаждения 10c. Камеры термического разложения 10a и водяного охлаждения 10c имеют закрытые полости А и С соответственно; на внешней стороне обечайки установлены температурный датчик TS, манометр PG, предохранительный клапан SV, и вакуумметр VG, связанные множественными трубками, для измерения внутренней температуры и давления с целью соблюдения условий процесса и предотвращения рисков.
Подробнее, обращаясь к фиг.3 и 4, горючие отходы вводятся в полость А камеры термического разложения 10а мусоросжигателя 10, нагреваются, высушиваются и подвергаются термическому разложению и коксованию; в верхнюю крышку камеры термического разложения 10а вделан патрубок ввода 15, снабженный закрываемой крышкой 15а, через который вводятся горючие отходы; внизу на боковой поверхности камеры 10а вделан патрубок вывода для сбора пепла 16, снабженный закрываемой крышкой 16а, через который выводятся термически разложенные и закоксованные отходы. Дополнительно, через внутреннюю обечайку 12 камеры термического разложения проходит несколько теплообменных труб 14, проходящих через нижнюю крышку 12-1 и верхнюю крышку 18.
В то же время патрубок вывода газа 17, связанный с газовыпускной трубой 4, и патрубок ввода пара 10с-3, связанный с трубой подачи пара 51, вделаны в боковую поверхность внутренней обечайки 12 и далее на боковой поверхности внутренней обечайки 12 смонтированы предохранительный клапан SV, температурный датчик TS, манометр PG и вакуумметр VG. В боку верхней крышки 18 вделан патрубок вывода газа 17, а в нижней части внутренней обечайки 12 вделан патрубок ввода пара 10с-3.
К внутренней обечайке 12 через патрубок 19 присоединены манометр PG и вакуумметр VG.
На фиг.6 манометр PG и вакуумметр VG связаны с патрубком 19, вделанным в верхнюю крышку 18 обечайки 12, а каждый измерительные прибор установлен на отдельных ответвлениях 5а выступающей соединительной трубки 5 с клапаном V с целью регулирования состояния в камере термического разложения 10a.
Данная конструкция предназначена помочь пользователю визуально установить отсутствие воздуха в камере термического разложения; при необходимости манометр PG и вакуумметр VG могут быть вмонтированы в боковую поверхность внутренней обечайки 12, поскольку возможен автоматический контроль.
Обращаясь к фиг.3 и 4, камера сгорания 10b мусоросжигателя 10 дает тепло для термического разложения отходов в камере термического разложения 10а, для чего в камере сгорания 10b сбоку установлена высокотемпературная горелка 70, питаемая топливом из отдельного бака 71. Кроме того, внутренняя периферийная поверхность камеры сгорания 10b выложена огнеупорным материалом, например кирпичом подходящей прочности, и образует внутреннюю полость В, сообщающуюся с теплообменными трубами 14.
Кроме того, в боковую поверхность корпуса 13 камеры сгорания 10b вделываются циркуляционный газовый патрубок 13-3, связанный с циркуляционным газопроводом 31 газохранилища 30, и посадочное отверстие горелки 13-1 для нагревающей воздух горелки 70. Желательно установить две горелки 70; горелки 70 предоставляются при необходимости.
Вышеупомянутая камера сгорания 10b конструируется таким образом, чтобы в нее был доступ необходимого для горения воздуха и была возможность непрерывной подачи воздуха извне в дальнейшем для эффективного горения.
С этой целью основной корпус 13 камеры сгорания 10b оснащается многочисленными сообщающимися с внешней атмосферой вентиляционными каналами 13-2, которые в свою очередь связаны с установками подачи воздуха (не показаны) для непрерывной подачи воздуха.
Высокотемпературное пламя горелки 70 в камере сгорания 10b мусоросжигателя 10 за счет теплопроводности нагревает теплообменные трубы 14, проходящие через отверстия 12-2 в нижней крышке 12-1 камеры термического разложения 10a, и этим теплом высушиваются отходы в камере термического разложения 10a.
На фиг.5 показана одна из теплообменных труб 14, сообщающихся с камерой сгорания 10b и проходящих по всей длине камеры термического разложения 10a.
На фиг.5 показана рекомендуемая конструкция теплообменной трубы 14 многократно изогнутой формы, включающая в себя нижнюю трубку 14а, вделанную в нижнюю крышку 12-1 камеры термического разложения 10а и сообщающуюся с камерой сгорания 10b, соединительные трубки 14b, связанные с верхней частью нижней трубки 14а и выполненную в форме многократно повторенной буквы 'S', и верхнюю трубку 14с, одним концом связанную с верхней частью соединительной трубки 14b и другим - с трубой регенерации отработанного тепла 3, и проходящую через верхнюю крышку 18, а на верхнем конце оснащенную увлажнителем 14с-1.
Теплообменных труб 14 в вышеописанной конструкции в одной камере может быть установлено несколько; как показано на фиг.4, рекомендуемое число теплообменных труб - четыре.
Возвращаясь к фиг.3 и 4, камера водяного охлаждения 10с мусоросжигателя 10 размещается в рубашке камеры термического разложения 10а, внешняя обечайка 11 камеры водяного охлаждения 10с и внешняя боковая поверхность внутренней обечайки 12 камеры термического разложения 10a образуют полость камеры водяного охлаждения.
Сбоку в обечайке 11 вделаны патрубок ввода охлаждающей воды 10с-1, связанный с трубой подачи охлаждающей воды 62, идущей из охлаждающейся установки 60, и патрубок вывода 10с-2, связанный с трубой вывода охлаждающей воды 63. Патрубок ввода охлаждающей воды 10с-1 может быть вделан в верхнюю часть внешней обечайки 11.
С целью облегчения установки и ремонта мусоросжигатель 10 размещается на опорной раме 10d. Основной корпус 13 камеры сгорания 10b, находящийся в самой нижней части мусоросжигателя 10, крепится к верхней части опорной рамы 10d.
Дополнительно, на внешней стороне мусоросжигателя 10 смонтирована лестница 2, чтобы рабочие могли легко загружать отходы через патрубок 15 и осуществлять ремонт и обслуживания мусоросжигателя 10. Лестница 2 по длине превышает высоту корпуса мусоросжигателя 10 и оснащена защитным ограждением - корзиной с сеткой 2а.
Что касается системы термического разложения горючих отходов 1, в соответствии с данным изобретением содержащиеся во внутренней части мусоросжигателя 10 горючие отходы ограждаются от воздуха и газов избыточным давлением перегретого пара, полученного в парогенераторе 50, чтобы не допустить горения, а затем давление расширения понижается при помощи охлаждающей воды из охлаждающей установки 60 под визуальным контролем по вакуумметру. После этого отходы косвенно нагреваются и высушиваются теплом от горелки 70 до разложения и коксования, образовавшиеся инертные газы и горючие газы, содержащие ядовитые вещества, удаляются в очистителе 20, а горючий газ подается в газохранилище 30 на хранение или на повторное использование.
Тем временем горячий воздух, используемый в процедуре термического разложения и коксования горючих отходов в мусоросжигателе 10, выводится через трубу регенерации отработанного тепла 3, охлаждается в инжекторной градирне 40 и сбрасывается в атмосферу.
Пепел, оставшийся после термического разложения и коксования горючих отходов в мусоросжигателе 10, выводится и удаляется.
На фиг.7 приведена блок-схема способа переработки отходов при помощи системы термического разложения горючих отходов в соответствии с данным изобретением. Далее будет подробно описан способ утилизации отходов при помощи системы термического разложения горючих отходов вышеописанной конструкции.
Как показано на фиг.7, основные стадии способа утилизации горючих отходов при помощи системы термического разложения горючих отходов в соответствии с данным изобретением - это ввод отходов S1, ограждение от воспламенения S2, закрепление ограждения S3, нагревание и высушивание S4, термическое разложение и коксование S5, вывод газов S6, перемещение и сбор газов S8, регенерация отработанного тепла и охлаждение S7.
Стадия ввода отходов S1 относится к процедуре ввода горючих отходов в камеру термического разложения 10а мусоросжигателя 10 вышеописанной конструкции, когда открывается верхняя крышка 15а камеры термического разложения 10а, патрубок ввода 15 открыт, и в камеру помещаются отходы. В этот момент желательно, чтобы камера термического разложения 10а была ограждена от попадания воздуха извне, чтобы облегчить на следующей стадии ограждение отходов от воздействия воздуха, снизить энергозатраты и повысить тепловой КПД термического разложения.
На следующей стадии S2 производится ограждение от воспламенения, для чего в камеру термического разложения 10а принудительно вводится перегретый пар, давление расширения которого защищает отходы от воздуха или иных газов.
Рекомендованная температура перегретого пара составляет 100-300°C; перегретый пар образуется в парогенераторе 50 и принудительно подается в камеру термического разложения 10а через трубу подачи пара 51. Введенный перегретый пар вытесняет воздух и газы, содержавшиеся в горючих отходах, из камеры термического разложения и ограждает отходы от остатков воздуха.
Давление расширения перегретого пара, введенного в камеру термического разложения 10а, контролируется по манометру, и по достижении заданного значения давления ввод перегретого пара прекращается, и далее определяется, ограждены ли отходы в камере термического разложения от воздуха и иных газов.
Поскольку в горючих отходах не остается воздуха, способного поддерживать горение, отходы подвергаются термическому разложению и коксованию без возгорания даже при высокой температуре.
Тем временем при помощи вакуумметра VG проверяется состояние внутри камеры термического разложения 10а; однако под давлением расширения это сделать трудно, поэтому давление необходимо понизить, подавая охлаждающую воду из охлаждающейся установки 60 во внутреннюю полость С камеры водяного охлаждения 10c, размещенной в рубашке камеры термического разложения 10a.
Это относится к стадии закрепления ограждения S3, на которой во внутреннюю полость С камеры водяного охлаждения 10c подается охлаждающая вода, понижающая поверхностную температуру камеры термического разложения 10а и давление расширения перегретого пара так, чтобы посредством вакуумметра VG, смонтированного на боковой поверхности камеры термического разложения 10а, можно было подтвердить, что в камере термического разложения отсутствует воздух.
Другими словами, во внутреннюю полость С камеры водяного охлаждения 10с через трубу подачи 62 подается из внешнего источника охлаждающая вода, для того чтобы понизить температуру в камере термического разложения 10а и давление расширения. Когда камера водяного охлаждения 10с заполняется водой, распределительный клапан закрывается, и используемая вода выводится через сливную трубу 63 в холодильник 61.
В холодильнике 61 вода снова охлаждается и возвращается в камеру водяного охлаждения 10с через отвод трубы подачи 62 линии, сообщающейся с холодильником 61.
После визуального подтверждения состояния камеры термического разложения 10а через вакуумметр VG охлаждающая вода полностью выводится из камеры водяного охлаждения 10с, а затем в камере сгорания 10а включается горелка 70, и нагретый с ее помощью воздух косвенно обогревает камеру термического разложения 10а, нагревая и высушивая находящиеся в ней горючие отходы, что относится к стадии нагрева и высушивания S4.
Горелка 70 дает высокотемпературное пламя, сжигая топливо, например нефть, из отдельного топливного бака 71, а в дальнейшем в горелке сжигается горючий газ, подаваемый в камеру сгорания 10b из газохранилища 30 через циркуляционный газопровод 31, обеспечивая еще более высокую температуру.
Проходя по теплообменным трубам 14, установленным в камере термического разложения 10а, дополнительно подогретый воздух обгоревает ее посредством теплопроводности, и в результате горючие отходы высушиваются, а перегретый пар в камере термического разложения 10а повторно расширяется.
Далее камера термического разложения 10а вступает в стадию термического разложения и коксования горючих отходов S5.
На стадии термического разложения и коксования S5 горючие отходы в камере термического разложения под воздействием тепла, передаваемого от теплообменных труб 14, подвергаются термическому разложению и коксованию, а поскольку воздух или газы, присутствующие в горючих отходах, поглощаются водяным паром, и отсутствует воздух, способный поддерживать горение, эти процессы протекают без риска возгорания.
На этой стадии температура в камере термического разложения 10а, где происходят разложение и коксование горючих отходов, не превышает 700°C. Соответственно, поскольку способ переработки отходов в соответствии с данным изобретением осуществляется при пониженной температуре разложения, максимизируется эффект энергосбережения.
Если давление повторно расширенного водяного пара оказывается равным заданному или большим, автоматически открывается предохранительный клапан, и пар сбрасывается, что относится к стадии S6 вывода газов.
На стадии S6 вывода газов перегретый водяной пар, повторно расширившийся за счет нагревания на стадии нагрева и высушивания S4 и стадии разложения и коксования S5, инертные газы и горючие газы, содержащие ядовитые вещества, образовавшиеся на предыдущих стадиях, автоматически выводятся из камеры термического разложения через клапан.
Далее выполняется стадия перемещения и сбора газов S8, на которой инертные газы и горючие газы, содержащие ядовитые вещества, выведенные на стадии вывода газов S6, очищаются в очистителе 20, а горючие газы направляются в газохранилище 30. Часть горючего газа при этом подается во внутреннюю полость В камеры сгорания 10b через циркуляционный газопровод 31 и сжигается в горелке для увеличения температуры пламени.
Тем временем горячий воздух, косвенно обогревавший камеру термического разложения на стадии термического разложения и коксования S5, направляется в инжекторную градирню, охлаждается разбрызгиваемой водой и сбрасывается в атмосферу, что относится к стадии регенерации отработанного тепла и охлаждения S7.
Другими словами, горячий воздух, проходящий через теплообменные трубы 14 мусоросжигателя 10, выводится через трубу регенерации отработанного тепла 3 и передается в градирню 40.
Внутри корпуса 41 градирни 40 горячий воздух охлаждается водой, разбрызгиваемой через форсунки 43 на трубах для охлаждающей воды 42, и сбрасывается в атмосферу через газовыпускную трубу 44.
Очевидно, что, помимо конструктивного воплощения данного изобретения, описанного выше, специалисты смогут предложить множество альтернатив, модификаций и вариаций. Вышеизложенный предпочтительный вариант воплощения изобретения носит пояснительный характер, но не исчерпывающий. Как показано в следующих пунктах формулы изобретения, различные изменения могут быть внесены в данное изобретение, если они не отступают от духа и области применения изобретения.