ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
PRODUCTION SYSTEM FOR MUNICIPAL SOLID WASTE DISPOSAL

Заявляемый объект относится к переработке отходов и может быть использован для утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) с получением вторичного тепла в виде пара или для теплофикации и горячего водоснабжения.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранная в качестве прототипа установка для сжигания отходов, содержащая последовательно установленные загрузочный бункер с загрузочным устройством, печь для сжигания твердых бытовых отходов, камеру дожигания, рекуператор нагрева воздуха горения, теплоутилизатор, рукавный фильтр, дымосос и дымовую трубу. Установка также содержит каталитический аппарат, средства подачи топлива, сжатого воздуха и питательной воды, средство удаления отходов сжигания, систему вентиляции, соединенную с дымоходом перед рукавным фильтром. В камеру дожигания и в дымоход за каталитическим аппаратом введены форсунки для впрыскивания щелочного раствора. Фильтр сухой предварительной очистки выполнен в виде инерционно-вихревого пылеуловителя; блок утилизации тепла, включает несколько блоков рекуператора и экономайзер; система выведения отходов сжигания выполнена в виде двух конвейеров и контейнера для сбора золы и шлака; система очистки воздуха рабочего помещения включает устройство вентиляции подкрышного пространства, объединенный воздухопроводом с рекуператором блока утилизации тепла; система очистки воздуха от золы и шлака включает устройство вентиляции зоны пересыпки конвейеров, объединенное воздухопроводом с дымоходом перед рукавным фильтром. Пар котла-утилизатора может использоваться для выработки электроэнергии (патент Украины №3529, МПК (2006) F23G 5/00, опубл. 15.11.2004, бюл. №11).
У заявляемого объекта и прототипа совпадают следующие существенные признаки. Устройства содержат последовательно установленные загрузочный бункер с загрузочным устройством, печь для сжигания твердых бытовых отходов, камеру дожигания, рекуператор нагрева воздуха горения, теплоутилизатор, рукавный фильтр, дымосос и дымовую трубу, а также каталитический аппарат, средства подачи топлива, сжатого воздуха и питательной воды, средство удаления отходов сжигания, систему вентиляции, соединенную с дымоходом перед рукавным фильтром, и оборудование для подачи щелочного раствора в камеру дожигания.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют следующие причины. Отсутствие запаса ТБО перед загрузочным устройством не позволяет обеспечить непрерывную переработку ТБО, а использование только вращающейся печи не обеспечивает переработку ТБО с высокой производительностью. Попадание вместе с ТБО в загрузочное устройство и печь крупных кусков строительного и бытового мусора или стекла приводит к снижению надежности комплекса по переработке ТБО, может привести к аварии и, как следствие, к снижению производительности переработки ТБО. Установленный перед катализатором вихревой аппарат не обеспечивает надежную работу катализатора. Размещение катализатора за аппаратом грубой предварительной очистки газа не позволяет предотвратить засорение катализатора пылью, что снижает его эффективность. Это приводит к выбросу в атмосферу чрезвычайно вредных соединений типа диоксинов. Периодическая очистка катализатора сжатым воздухом является неэффективной, и для длительной эксплуатации катализатора такое решение неприемлемо. Все это приводит к снижению надежности и эффективности переработки ТБО.
В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такой производственный комплекс для утилизации твердых бытовых отходов, в котором усовершенствование путем введения новых элементов и изменения взаимного расположения элементов позволит при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и эффективности переработки ТБО.
Заявляемый производственный комплекс для утилизации твердых бытовых отходов содержит последовательно установленные загрузочный бункер с загрузочным устройством, печь для сжигания твердых бытовых отходов, камеру дожигания, рекуператор нагрева воздуха горения, теплоутилизатор, рукавный фильтр, дымосос и дымовую трубу. Комплекс также содержит каталитический аппарат, средства подачи топлива, сжатого воздуха и питательной воды, средство удаления отходов сжигания, систему вентиляции, соединенную с дымоходом перед рукавным фильтром, и оборудование для подачи щелочного раствора в камеру дожигания. Отличительной особенностью является следующее. Комплекс снабжен приемным бункером, устройствами для отсортировки крупных и мелких фракций твердых бытовых отходов заданного размера, транспортными конвейерами, сортировочным конвейером и складом для отсортированных твердых бытовых отходов. При этом загрузочный бункер с загрузочным устройством расположены в складе для отсортированных твердых бытовых отходов. Рекуператор нагрева воздуха горения установлен в опускном газоходе камеры дожигания, а теплоутилизатор установлен за камерой дожигания. Каталитический аппарат установлен после рукавного фильтра по ходу газа. В опускном газоходе камеры дожигания установлен теплообменник дым-дым, вход которого соединен с дымоходом после рукавного фильтра, а выход соединен с входом каталитического аппарата. Между рукавным фильтром и теплообменником дым-дым установлен дополнительный дымосос, а за каталитическим аппаратом установлен дополнительный теплоутилизатор.
В отдельных случаях выполнения заявляемый объект характеризуется тем, что:
- теплоутилизатор и дополнительный теплоутилизатор выполнены в виде соединенных последовательно водогрейных теплоутилизаторов;
- теплоутилизатор и дополнительный теплоутилизатор выполнены паровыми с экономайзерами и испарительными поверхностями, которые соединены с общим барабаном-сепаратором опускными трубами и подъемными трубами, а в теплообменнике дым-дым смонтирован пароперегреватель, соединенный паропроводом насыщенного пара с барабаном-сепаратором и трубопроводом перегретого пара с потребителем, при этом трубопровод питательной воды через регулирующий клапан и экономайзеры соединен с барабаном-сепаратором;
- устройство для отсортировки крупных фракций твердых бытовых отходов выполнено в виде расположенной над приемным бункером решетки, с размером ячейки около 300÷350 мм, а устройство для отсортировки мелких фракций твердых бытовых отходов выполнено в виде наклоненного вращающегося цилиндрического сита с размером ячейки около 70÷90 мм, при этом в сито встроен ультрафиолетовый излучатель для обеззараживания твердых бытовых отходов.
- печь для сжигания твердых бытовых отходов выполнена в виде камерной печи с механизированной колосниковой решеткой;
- печь для сжигания твердых бытовых отходов выполнена в виде вращающейся печи.
При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и эффективности переработки ТБО.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь. Снабжение комплекса приемным бункером, устройствами для отсортировки крупных и мелких фракций твердых бытовых отходов заданного размера, транспортными конвейерами, сортировочным конвейером и складом для отсортированных твердых бытовых отходов, а также расположение загрузочного бункера с загрузочным устройством в складе для отсортированных твердых бытовых отходов позволяет обеспечить перед загрузочным устройством постоянный запас ТБО, очищенных от крупных кусков строительного и бытового мусора, песка и глины для обеспечения безаварийной непрерывной переработки ТБО с высокой производительностью.
3
Размещение рекуператора нагрева воздуха горения в опускном газоходе камеры дожигания, а теплоутилизатора за камерой дожигания; установка каталитического аппарата после рукавного фильтра по ходу газа; установка в опускном газоходе камеры дожигания теплообменника дым-дым, вход которого соединен с дымоходом после рукавного фильтра, а выход соединен с входом каталитического аппарата; установка между рукавным фильтром и теплообменником дым-дым дополнительного дымососа, а за каталитическим аппаратом дополнительного теплоутилизатора обеспечивает высокую эффективность работы каталитического аппарата без его очистки сжатым воздухом, сокращение выброса в атмосферу вредных органических соединений и уменьшение расхода дорогостоящего катализатора при длительной его эксплуатации за счет пропуска через катализатор газа, очищенного от пыли в рукавном фильтре до содержания пыли 5÷10 мг/нм и нагретого в теплообменнике дым-дым до 500÷600°С. При этом вышеуказанные рекуператор нагрева воздуха горения, теплоутилизатор, теплообменник дым-дым и дополнительный теплоутилизатор позволяют обеспечить эффективную непрерывную переработку ТБО при любой необходимой производительности и разных условиях использования вырабатываемой тепловой энергии.
Выполнение теплоутилизатора и дополнительного теплоутилизатора в виде соединенных последовательно водогрейных теплоутилизаторов с последовательно соединенными экономайзерами обеспечивает получение за счет вторичного тепла горячей воды с температурой до 150°С.
Если теплоутилизатор и дополнительный теплоутилизатор выполнены паровыми с экономайзерами и испарительными поверхностями, которые соединены с общим барабаном-сепаратором опускными трубами и подъемными трубами, а в теплообменнике дым-дым смонтирован пароперегреватель, соединенный паропроводом насыщенного пара с барабаном-сепаратором и трубопроводом перегретого пара с потребителем, и при этом трубопровод питательной воды через регулирующий клапан и экономайзеры соединен с барабаном-сепаратором, то это обеспечивает возможность получения за счет вторичных ресурсов перегретого пара любых параметров.
Выполнение устройства для отсортировки крупных фракций твердых бытовых отходов в виде расположенной над приемным бункером решетки, с размером ячейки около 300÷350 мм, а устройства для отсортировки мелких фракций твердых бытовых отходов в виде наклоненного вращающегося цилиндрического сита с размером ячейки около 70÷90 мм и размещение при этом в сите ультрафиолетового излучателя для обеззараживания твердых бытовых отходов обеспечивают получение для дальнейшей сортировки и переработки обеззараженных ТБО без крупных кусков строительного и бытового мусора, песка и глины, препятствующих сортировке и работе оборудования сжигания.
Выполнение печи для сжигания твердых бытовых отходов в виде камерной печи с механизированной колосниковой решеткой, выполненной, например, роликовой или переталкивающей, целесообразно при сжигании ТБО с производительностью более 5 т/ч, в то время как вращающаяся печь целесообразна при производительности менее 5 т/ч.
Наличие предварительной подготовки ТБО позволяет извлечь полезные сырьевые составляющие и исключить возможность попадания в загрузочное устройство печи и саму печь предметов, которые могут привести к поломке оборудования, и тем самым обеспечивает дополнительный экономический эффект переработки за счет утилизации сырьевых составляющих, а также за счет увеличения срока службы оборудования. Наличие ультрафиолетового излучателя для обеззараживания твердых бытовых отходов в полости вращающегося сита, а также наличие аспирационного отсоса при выгрузке ТБО из вращающегося сита и при перемещении отходов на сортировочном конвейере с очисткой аспирационных выбросов в общем для всей линии рукавном фильтре позволяют обеспечить безопасную работу сортировщиков и сократить вредные выбросы в атмосферу. Установка каталитического аппарата после рукавного фильтра и теплообменника дым-дым обеспечивает обезвреживание паров тяжелых углеводородов, в том числе хлорированных, и сокращает расход дорогостоящего катализатора при длительной (не менее двух лет) эксплуатации. Предусмотренные варианты конструкции печи и теплоутилизаторов позволяют выбрать любую модель использования вырабатываемой тепловой энергии для любой необходимой производительности переработки ТБО.
Сущность заявляемого объекта поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фиг.1 - общая схема установки;
- на фиг.2 - схема включения водогрейных теплоутилизаторов в сеть теплоснабжения;
- на фиг.3 - схема подключения парогенерирующих теплоутилизаторов к сети питательной воды и пароперегревателю.
На схемах проставлены следующие обозначения:
1 - приемный бункер ТБО;
2 - решетка;
3 - выгрузочный конвейер;
4 - течка;
5 - вращающееся сито;
6 - ультрафиолетовый излучатель;
7 - течка;
8 - кожух течки;
9 - транспортер;
10 - течка;
11 - трубопровод аспирации;
12 - распределительный дроссельный клапан;
13 - сортировочный конвейер;
14 - рабочие места сортировщиков;
15 - склад для отсортированных ТБО;
16 - грейферный кран;
17 - загрузочный бункер;
18 - загрузочное устройство;
19 - печь для сжигания ТБО;
20 - камера дожигания;
21 - топливные горелки;
22 - трубопровод подвода топлива;
23 - трубопровод подвода горячего воздуха;
24 - затвор;
25 - конвейер уборки шлака;
26 - теплообменник дым-дым;
27 - рекуператор нагрева воздуха горения;
28 - дутьевой вентилятор;
29 - дроссель регулирования давления в печи;
30 - теплоутилизатор;
31 - клапан аварийного подсоса воздуха;
32 - рукавный фильтр;
33 - дополнительный дымосос;
34 - каталитический аппарат;
35 - дополнительный теплоутилизатор;
36 - дымосос;
37 - дымовая труба;
38 - обратный трубопровод теплофикации;
39 - регулирующий клапан;
40 - трубопровод нагретой воды;
41 - экономайзер;
42 - испарительная поверхность;
43 - барабан-сепаратор;
44 - опускной трубопровод;
45 - подъемные трубопроводы;
46 - пароперегреватель;
47 - паропровод насыщенного пара;
48 - паропровод перегретого пара;
49 - трубопровод питательной воды;
50 - регулирующий клапан;
51 - бак щелочного раствора;
52 - насос;
53 - трубопровод щелочного раствора;
54 - форсунка.
Производственный комплекс для утилизации твердых бытовых отходов содержит приемный бункер 1 с устройством для отсортировки крупных фракций твердых бытовых отходов, выполненным в виде расположенной над приемным бункером 1 решетки 2 с ячейкой около 300×300 мм. Под бункером 1 смонтирован выгрузочный конвейер 3, который может быть пластинчатым либо ленточным. На выходе выгрузочного конвейера 3 расположена течка 4, за которой установлено устройство для отсортировки мелких фракций твердых бытовых отходов, выполненное в виде наклоненного вращающегося цилиндрического сита с размером ячейки около 80 мм. В полости сита установлен стационарный ультрафиолетовый излучатель 6 для обеззараживания твердых бытовых отходов. Под вращающимся ситом 5 имеется течка 7 с кожухом 8, под которой смонтирован транспортер 9. На выходе вращающегося сита 5 имеется течка 10 с кожухом, аналогичным кожуху 8. От кожухов отводится аспирационный трубопровод 11 с распределительными дроссельными клапанами 12. За течкой 10 установлен сортировочный конвейер 13, вдоль которого предусмотрены рабочие места сортировщиков 14. Конвейер 13 оканчивается на складе 15 для отсортированных ТБО, в котором установлен грейферный кран 16. В помещении склада 15 для отсортированных ТБО расположен загрузочный бункер 17 с загрузочным устройством 18, входящим в печь 19 для сжигания ТБО, за которой расположена камера дожигания 20. В печи 19 для сжигания ТБО и камере дожигания 20 установлены топливные горелки 21 с трубопроводами подвода топлива 22 и трубопроводами подвода горячего воздуха 23. Горелки 21 могут быть газовыми либо жидкотопливными.
Под бункерами камеры дожигания 20 имеются затворы 24 и конвейер для сбора шлака 25. Место выгрузки закрыто кожухом, соединенным с аспирационным трубопроводом 11. В опускном газоходе камеры дожигания 20 установлен теплообменник дым-дым 26, а за ним по ходу газа установлен рекуператор нагрева воздуха горения 27. На дымоходе за камерой дожигания 20 смонтирован дроссель 29 регулирования давления в печи, после которого установлен теплоутилизатор 30, который может быть паровым или водогрейным. Перед газоочисткой установлен клапан аварийного подсоса воздуха 31, за которым установлен рукавный фильтр 32. Перед рукавным фильтром 32 в дымоход врезан аспирационный трубопровод 11. Между рукавным фильтром 32 и теплообменником дым-дым 26 установлен дополнительный дымосос 33. После рукавного фильтра 32 за теплообменником дым-дым 26 по ходу чистого газа установлен каталитический аппарат 34. При этом вход теплообменника дым-дым 26 соединен с дымоходом после рукавного фильтра 32, а выход соединен с входом каталитического аппарата 34. За каталитическим аппаратом 34 по ходу чистого газа смонтированы дополнительный теплоутилизатор 35 (паровой или водогрейный), дымосос 36 и дымовая труба 37.
В отдельном случае выполнения теплоутилизатор и дополнительный теплоутилизатор выполнены в виде соединенных последовательно водогрейных теплоутилизаторов. При установке водогрейного теплоутилизатора 30 и водогрейного дополнительного теплоутилизатора 35 (фиг.2) вход воды в них соединен с обратным трубопроводом теплофикации 38 с регулирующими клапанами 39, а нагретая в теплоутилизаторе вода поступает в трубопровод нагретой воды 40 для подачи потребителю.
В отдельном случае выполнения теплоутилизатор 30 и дополнительный теплоутилизатор 35 (фиг.3) выполнены паровыми и каждый из них включает экономайзер 41 и испарительную поверхность 42, которые соединены с общим барабаном-сепаратором 43 опускными трубопроводами 44 и подъемными трубопроводами 45. В теплообменнике дым-дым 26 монтируется пароперегреватель 46, соединенный паропроводом насыщенного пара 47 с барабаном-сепаратором 43 и трубопроводом перегретого пара 48 с потребителем. Трубопровод питательной воды 49 с регулирующими клапанами 50 соединен с экономайзерами 41 и далее с барабаном-сепаратором 43.
Под баком щелочного раствора 51 расположен насос 52, соединенный трубопроводом щелочного раствора 53 с установленной в камере дожигания 20 форсункой 54.
Производственный комплекс для утилизации твердых бытовых отходов работает следующим образом. ТБО доставляются мусоровозами и сбрасываются на решетку 2 приемного бункера 1. Решетка задерживает крупные предметы строительного и бытового мусора, которые убираются в перерывах между прибытием мусоровозов. Затем из приемного бункера 1 ТБО транспортером 3 через течку 4 непрерывно поступают во вращающееся сито 5, где из ТБО удаляются песок, глина, мелкие камни и т.п., поступающие через течку 7 на транспортер 9. Во вращающемся сите 5 мусор обеззараживается с помощью ультрафиолетового излучателя 6. ТБО без мелких фракций из вращающегося сита 5 через течку 10 сбрасывается на сортировочный транспортер 13. Во избежание пыления течки 7 и 10 заключены в кожухи 8, от которых загрязненный воздух отсасывается трубопроводом аспирации 11 с установленными на нем распределительными дроссельными клапанами 12, служащими для распределения отсасываемого воздуха между источниками пыления. Трубопровод аспирации 11 врезан в дымоход перед рукавным фильтром 32.
Вдоль сортировочного конвейера 13 расположены рабочие места сортировщиков 14, а также, в отдельных случаях, может быть размещено оборудование магнитной и электромагнитной сепарации металла (на чертежах не показано), где из ТБО извлекается черный и цветной металл, стекло, а также другие сырьевые составляющие. Отсортированные ТБО сортировочным конвейером 13 доставляются на склад для отсортированных ТБО 15, где складируются. Из склада для отсортированных ТБО 15 с помощью грейферного крана 16 с многочелюстным грейфером отходы загружаются в загрузочный бункер 17. Из загрузочного бункера 17 ТБО загрузочным устройством 18 непрерывно или периодически поступают в печь для сжигания ТБО 19 (вращающуюся или камерную с механической решеткой, выполненной роликовой или переталкивающей), где сгорают при температуре 850÷950°С при подаче воздуха, нагретого до 350÷400°С, из рекуператора нагрева воздуха горения 27. Продукты горения из печи поступают в камеру дожигания 20, в которой поддерживается температура 900÷1100°С. Необходимая температура в печи (850÷950°С) и в камере дожигания (900÷1100°С), а также процессы сушки и разогрева футеровки перед началом работы обеспечивается с помощью топливных горелок 21, которые в зависимости от конкретных условий работают на природном газе или жидком топливе. Нагретый воздух в печь и горелки поступает от вентилятора 28 через рекуператор нагрева воздуха горения 27 по трубопроводу подвода горячего воздуха 23. В камеру дожигания 20 для связывания кислотных вредностей, поступающих в дым при сжигании ТБО, впрыскивают через форсунку 54 щелочной раствор, приготавливаемый в баке щелочного раствора 51 и поступающий в форсунку 54 с помощью насоса 52 по трубопроводу щелочного раствора 53.
В опускном газоходе камеры дожигания 20 установлен теплообменник дым-дым 26, в котором дымовые газы после камеры дожигания охлаждаются с 900÷1100°С до 600÷700°С за счет нагрева очищенного дыма после рукавного фильтра 32 со 130÷180°С до 550÷600°С. За теплообменником дым-дым 26 по ходу газа в рекуператоре нагрева воздуха горения 27 дымовые газы охлаждаются до 300÷500°С и поступают в теплоутилизатор 30 для выработки теплоэнергии в виде пара или горячей воды. Шлак и зола из-под камеры дожигания и рекуператора периодически выгружаются через затворы 24 на конвейер уборки шлака 25. Места выгрузки закрыты кожухом, соединенным с общим трубопроводом аспирации 11 через распределительный дроссельный клапан.
3
Дымовые газы из теплоутилизатора 30, разбавленные перед рукавным фильтром аспирационным воздухом из трубопровода аспирации 11 до 120÷180°С, подвергаются очистке в рукавном фильтре 32 с обеспечением остаточного содержания пыли в них до 5 мг/нм. В случае превышения температуры дыма перед фильтром выше допустимой, дым дополнительно разбавляется наружным воздухом, поступающим через клапан аварийного подсоса воздуха 31.
Очищенный дым после рукавного фильтра 32 дополнительным дымососом 33 транспортируется в теплообменник дым-дым 26, после которого с температурой 550÷600°С проходит через каталитический аппарат 34, где догорают несгоревшие в камере дожигания пары органических соединений и оксид углерода. Дымовые газы после каталитического аппарата 34 поступают в дополнительный теплоутилизатор 35 для выработки теплоэнергии в виде пара или горячей воды, а затем дымососом 36 выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу 37.
При установке водогрейного теплоутилизатора 30 и водогрейного дополнительного теплоутилизатора 35 (фиг.2) нагреваемая вода поступает из обратного трубопровода теплофикации 38 и распределяется между теплоутилизаторами с помощью регулирующих клапанов 39 так, чтобы температура нагрева воды после каждого теплоутилизатора была примерно одинаковой. Нагретая вода поступает в трубопровод нагретой воды 40 системы теплофикации.
При установке в качестве теплоутилизатора 30 и дополнительного теплоутилизатора 35 (фиг.3) паровых котлов питательная вода из деаэрационно-питательной установки (на чертежах не показана) по трубопроводу питательной воды 49, с установленными на нем регулирующими клапанами 50, поступает в экономайзеры 41, а из них - в барабан-сепаратор 43, общий для двух теплоутилизаторов. Назначение регулирующих клапанов 50 - распределение воды между теплоутилизаторами пропорционально тепловой нагрузке, а также поддержание заданного уровня воды в барабане-сепараторе 43. Дымовые газы последовательно проходят через испарительные поверхности 42, а затем через экономайзеры 41. Циркуляция в испарительных поверхностях 42 естественная. Вода из барабана-сепаратора 43 по опускным трубопроводам 44 поступает в нижние коллекторы испарительных поверхностей 42. Из верхних коллекторов испарительных поверхностей 42 пароводяная смесь по подъемным трубопроводам 45 поступает в барабан-сепаратор 43, откуда отсепарированный пар по паропроводу насыщенного пара 47 поступает в пароперегреватель 46, размещенный между блоками теплообменника дым-дым 26 в зоне температур 800÷900°С. Из пароперегревателя 46 перегретый пар по паропроводу перегретого пара 48 направляется потребителю.
В составе одного предприятия по утилизации ТБО могут быть установлены несколько заявляемых производственных комплексов для утилизации ТБО. В этом случае количество комплектов оборудования производственных линий, обозначенных позициями 1-15 и 51-54, может быть меньшим, чем количество комплектов оборудования, обозначенных позициями 16-50, за счет использования одного и того же оборудования для обеспечения работы расположенных рядом производственных комплексов.