ЛИНИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА ИЗ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к мусороперерабатывающей промышленности и может быть использована для переработки твердых коммунальных отходов (ТКО) с получением твердого топлива, которое может использоваться в высокотемпературных агрегатах для замены части ископаемого топлива при производстве строительных вяжущих материалов.
Из ежегодно образующихся в России 40-50 млн.т твердых коммунальных отходов более 90% захоранивается на свалках и полигонах, в то же время рост мощностей по обезвреживанию и переработке коммунальных отходов ничтожен. Важнейшей причиной является крайне низкая, а зачастую, отрицательная рентабельность переработки ТКО.
В мире считаются перспективными и активно развиваются следующие направления энергетического использования смешанных твердых коммунальных отходов:
- использование горючей фракции ТКО после сортировки в качестве дополнительного топлива цементных заводов (международное название - RDF или refused derived fuel),
- сжигание несортированных ТКО на подвижных колосниковых решетках мусоросжигательных заводов (МСЗ) с утилизацией тепла.
Препятствием к внедрению в России развитых в Европе технологий сжигания ТКО на специализированных предприятиях (мусоросжигательных заводах) является их крайне высокая стоимость: капитальные затраты на строительство МСЗ составляют порядка 600 евро на тонну годовой производительности. В условиях ограниченного финансирования предприятий мусоропереработки перспективным направлением по снижению захоронения отходов является производство из них вторичного топлива для промышленности производства строительных вяжущих. С относительно небольшими затратами ТКО можно превратить в топливо стабильного состава, которое можно будет использовать в промышленности производства строительных вяжущих, например, в цементной промышленности, для замены значительной части ископаемого топлива (угля, мазута или природного газа) (от 20 до 60%).
Предлагаемые зарубежными исследователями решения основаны на применении дорогостоящей оптической сепарации, или на многостадийной сортировке с применением специализированных сепараторов и возможной механобиологической сушки. Все эти процессы предполагают использование дорогостоящего импортного оборудования, а механобиологическая сушка, кроме того, требует огромных производственных площадей и высоких эксплуатационных затрат. Применение апробированных зарубежных решений для реализации описанных перспективных направлений в российских условиях осложняется отсутствием раздельного сбора ТКО, что обуславливает их специфические свойства.
Известна полезная модель, выбранная в качестве прототипа (Патент CN 201999913 (U), C10L 5/46, патентообладатель Huaxin Environment Engineering CO LTD), представляющая собой систему для производства альтернативного топлива (RDF) из первичных бытовых отходов, которые собираются в смешанной форме.
Система включает питатель, роторную ножевую дробилку первой ступени, камеру механобиологической сушки, железоотделитель первой ступени, барабанный грохот, гравитационный сепаратор, железоотделитель второй ступени, сепаратор вихревого тока, накопительный бункер для инертного материала, сортировочный конвейер, вибрационный грохот, роторную ножевую дробилку второй ступени и накопительный бункер для топлива RDF.
Выделение топливной фракции осуществляется путем последовательного применения операций дробления, механобиологической сушки, первой ступени отделения черных и цветных металлов специализированными сепараторами, грохочения на барабанном грохоте, удаления тяжелой инертной фракции (стекла и камней) с применением гравитационного сепаратора, второй ступени отделения черных и цветных металлов специализированными сепараторами, удаления вручную опасных включений на сортировочном конвейере, грохочение на вибрационном грохоте и дробление второй ступени.
Прототип обладает следующими существенными недостатками:
- В первую очередь осуществляется дробление в роторной ножевой дробилке, затем все операции по сортировке отходов. В результате последующее грохочение осуществляется без учета специфического распределения морфологических компонентов по классам крупности, наблюдается потеря значительной части калорийной фракции в нижнем продукте и загрязнение топливной фракции нежелательными компонентами.
- Выделение высококалорийной фракции по признаку «плотность» в гравитационном сепараторе приводит к потере в тяжелом продукте (отходах) таких калорийных компонентов, как резина и тяжелые полимеры;
- Первое грохочение осуществляется на барабанном грохоте, который для ТКО характеризуется крайне низкой эффективностью разделения (70%) и которому присуща проблема забивания отверстий просеивающей поверхности.
Целью создания полезной модели является:
- повышение степени извлечения в топливный продукт калорийных компонентов;
- повышение эффективности удаления нежелательных компонентов из топливного продукта.
Для решения поставленной задачи предлагается технологическая линия, в которой применена эффективная технология вибрационной сепарации отходов, позволяющая разделить морфологические компоненты ТКО по упругости - признаку, отличающему сухие калорийные фракции от влажных низкокалорийных и негорючих фракций. При этом вибрационная сепарация, первая стадия отделения черных металлов и первая стадия отделения цветных металлов применяются к не дробленым отходам, что позволяет избежать загрязнения ценных компонентов и наиболее полно использовать различия в свойствах составных компонентов ТКО.
Сущность заявленной полезной модели поясняется прилагаемой блок-схемой линии получения твердого топлива из твердых коммунальных отходов, предназначенного для производства строительных вяжущих материалов (фиг. 1), из которой следует, что линия содержит последовательно расположенные по ходу технологического процесса и технологически связанные между собой: разрыватель пакетов (1), одновременной выполняющий функцию питателя; сортировочный конвейер (2) на 2 сортировочных места; железоотделитель (3) первой ступени; консольный инерционный грохот-сепаратор (4); сепаратор вихревого тока (5) первой ступени; роторную ножевую дробилку (6); железоотделитель (7) второй ступени; высокоскоростной ударно-роторный дезинтегратор (8) с вентилятором; циклон (9); сепаратор вихревого тока (10) второй ступени; вибрационный грохот (11) с ситом 16 мм; склад (12) готовой продукции.
Технологический процесс состоит из следующих операций:
- Визуальный контроль и отделение крупногабаритного материала.
- Разрывание пакетов
- Отбор опасных отходов вручную (хлорсодержащие отходы, медицинские отходы, ртутьсодержащие отходы)
- Магнитная сепарация черных металлов первой ступени
- Грохочение с элементами баллистической сепарации
- Вихревая сепарация цветных металлов первой ступени
- Дробление в роторной ножевой дробилке
- Магнитная сепарация черных металлов второй ступени
- Дробление в высокоскоростном ударно-роторном дезинтеграторе
- Вихревая сепарация цветных металлов второй ступени
- Грохочение по классу 16 мм
- Усреднение по составу и свойствам
Линия работает следующим образом.
Отходы поступают на подготовительную площадку, где происходит визуальный контроль и отделение крупногабаритных материалов, визуально различимых недробимых предметов, крупных предметов, не относящихся к категории ТКО. Далее отходы загружаются в приемный бункер разрывателя пакетов (1), где осуществляется разрывание пакетов, в которые население упаковывает отходы при сборе, без нарушения целостности компонентов ТКО. Разрыватель пакетов выполняет также функцию питателя, равномерно подавая отходы на ручную сортировку. Ручная сортировка с удалением опасных отходов (медицинские отходы, ртутьсодержащие отходы, хлорсодержащие отходы: ПВХ, линолеум, кабели), осуществляется на сортировочном конвейере (2), оборудованном двумя сортировочными местами.
Далее отходы направляются на магнитную сепарацию первой ступени с использованием железоотделителя (3) с целью выделения черных металлов.
После отделения черных металлов отходы подвергаются грохочению с элементами баллистической сепарации с использованием консольного инерционного грохота-сепаратора (4), в результате чего в нижний продукт удаляется влажная низкокалорийная фракция и значительная часть «отсева», загрязненного тяжелыми металлами. Просеивающая поверхность грохота состоит из рядов каскадно расположенных друг над другом колосников консольного типа, сужающихся от основания к свободному краю. Колосники формируют щель, размер которой можно менять в зависимости от вида сырья и целей сепарации. Таким образом, путем замены колосников можно так подобрать соотношение верхнего и нижнего продуктов грохочения, чтобы соотношение выхода целевого продукта и эффективности сепарации было оптимальным. Грохот-сепаратор сочетает функции разделения по крупности и упругости (баллистическая сепарация). При этом основным признаком разделения является упругость - то, что отличает сухую топливную фракцию от влажной фракции и «отсева». Эффективность выделения влажной фракции и отсева в нижний продукт составляет 85-90%. Сужающаяся форма колосников и их резонирование во время работы способствуют самоочистке грохота и позволяют избежать проблемы его забивания. Таким образом, колосниковый грохот-сепаратор наилучшим образом подходит для классификации смешанных ТКО.
Верхний продукт грохочения направляется на первую ступень сепарации цветных металлов с использованием сепаратора вихревого тока (5). Далее отходы поступают на дробление до фракции - 35 мм в роторную ножевую дробилку (6), затем - на вторую ступень магнитной сепарации черных металлов с использованием железоотделителя (7). Далее отходы поступают в высокоскоростной ударно-роторный дезинтегратор (8), где осуществляется дробление хрупких материалов, в том числе стекла. Это значительно облегчает последующее удаление стекла и «отсева» грохочением. Дезинтегратор снабжен всасывающим вентилятором, способствующим прохождению легкого материала через камеру дробления. Обеспыливание воздуха, отсасываемого вентилятором, осуществляется в циклоне (9). После дробления в высокоскоростном ударно-роторном дезинтеграторе материал направляется на вторую стадию сепарации цветных металлов с использованием сепаратора вихревого тока (10), затем на грохочение по классу 16 мм с использованием вибрационного грохота (11). Верхний продукт грохочения является топливным продуктом. Топливный продукт поступает на склад готовой продукции (12), где осуществляется его перемешивание грейфером.
Первым преимуществом заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом является применение эффективной технологии вибрационной сепарации отходов, позволяющая разделить морфологические компоненты ТКО по упругости - признаку, противопоставляющему сухие калорийные фракции и влажные низкокалорийные и негорючие фракции. В прототипе выделение высококалорийной фракции осуществляется методом сепарации по признаку «плотность». Разделение по признаку «упругость» позволяет решить задачу удаления влажной фракции с большей эффективностью, а также позволяет добиться более высокого извлечения высококалорийной фракции в целевой продукт, поскольку в этом случае не теряются такие калорийные компоненты, как резина и тяжелые полимеры.
При этом первичная сепарация применяется к не дробленым отходам, ей предшествует лишь разрывание пакетов, что является вторым преимуществом заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом, поскольку позволяет избежать загрязнения ценных компонентов и наиболее полно использовать различия в свойствах составных компонентов ТКО. В прототипе же в первую очередь осуществляется дробление, затем все операции сортировки, что обуславливает потерю значительной части калорийной фракции в нижнем продукте и загрязнение топливной фракции нежелательными компонентами.
Третьим преимуществом заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом является применение дробления в высокоскоростном ударно-роторном дезинтеграторе, при котором преимущественно измельчается нежелательный компонент - стекло, после чего его легко можно отсеять на инерционном грохоте с ячейкой 16 мм.