Установка для пиролиза твердых бытовых и промышленных отходов

 

Изобретение относится к устройствам для переработки твердых бытовых и промышленных отходов и может быть использовано в комплексе с технологическими паровыми котлами. Сущность изобретения: в установке для пиролиза твердых бытовых и промышленных отходов, содержащей реактор пиролиза, к верхней части корпуса которого присоединено загрузочное устройство и система отсоса пиролизных газов, а к нижней устройство для выгрузки, колосниковая решетка, нагреватель, имеющий корпус с выложенной огнеупорным материалом внутренней поверхностью, снабженный горелочным устройством и системами подачи воздуха и топлива, с внешней стороны корпуса нагревателя жестко прикреплен корпус реактора пиролиза, в нижней части корпуса нагревателя на уровне днища корпуса реактора выполнено связывающее нагреватель с реактором сквозное отверстие, над которым в корпусе реактора установлена колосниковая решетка, под которой в вышеуказанном отверстии установлено средство для подачи продуктов сгорания из топочного объема нагревателя, ниже которого размещено средство для подачи воздуха с регулятором, а система отсоса пиролизных газов соединена посредством газоходов через регулятор с системой подачи воздуха в нагреватель. 5 ил.

Изобретение относится к устройствам для переработки твердых бытовых и промышленных отходов и может быть использовано в комплексе с технологическими паровыми котлами.

Известна установка по переработке твердых бытовых отходов с технологическим процессом по методу "Торракс" [1] Отходы загружаются сверху в реактор, представляющий вертикальную шахтную печь, в которой отходы и горячие газы движутся в противотоке. Под действием силы тяжести отходы последовательно проходят зоны сушки, пиролиза, первичного горения и плавления. Термическое разложение органической части сырья в зоне пиролиза осуществляется практически без доступа свободного кислорода за счет тепла восходящего потока горячих газов из зоны первичного горения и плавления. Сгорание твердых углесодержащих продуктов пиролиза происходит в нижней части реактора, куда подается нагретый до 1100^оС воздух. Температура в этой зоне достигает 1650^оС. Газообразные продукты пиролиза, имеющие температуру 430-480^оС, с помощью вентилятора отсасываются из реактора и направляются в автономную от нагревателя и реактора камеру сжигания. Обеспечение температуры, необходимой для протекания реакции пиролиза в реакторе, осуществляется нагревателем, представляющим автономное от реактора устройство, в которое подается воздух и топливо.

Однако у такой установки для пиролиза в результате высокой температуры в реакторе преобладает газообразная фракция пиролиза, при сжигании которой образуется не соответствующий экологическим нормам объем выбросов дымовых газов. Так, при глубоком сжигании 900 т твердых бытовых отходов образуется 5262 т дымовых газов, а твердая фракция составляет только 5% от объема загрузки отходов. Кроме того, из-за высокой температуры пиролиза происходит образование и выброс в атмосферу соединений тяжелых металлов.

Таким образом, данная установка для переработки отходов не соответствует современному уровню экологических показателей, предъявляемых к установкам такого типа. Кроме того, схема установки не позволяет использовать в полной мере ценные продукты пиролиза.

Для решения проблем представляется целесообразной организация схемы установки пиролиза твердых бытовых отходов с увеличенной твердой фракцией пиролиза и снижением температуры процесса.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка для пиролиза промышленных и бытовых отходов [2] содержащая реактор пиролиза, к верхней части корпуса которого присоединено загрузочное устройство и система отсоса пиролизных газов, а к нижней устройство для выгрузки, колосниковая решетка, нагреватель, имеющий корпус с выложенной огнеупорным материалом внутренней поверхностью, снабженный горелочным устройством и системами подачи воздуха и топлива.

Однако эта установка имеет низкие экологические показатели, обусловленные выбросом непосредственно в атмосферу токсичных компонентов пиролизных газов. В установке отсутствует контур утилизации горючих компонентов пиролизных газов.

Кроме того, расположение реактора пиролиза в топке исключает возможность регулирования процесса и изменения температуры в реакторе в зависимости от морфологического состава загружаемых отходов. Расположение реактора пиролиза в зоне высоких температур (более 1100^оС) требует дорогостоящих конструкционных материалов.

Задача изобретения состоит в создании простой, дешевой, высокоэффективной, экологически чистой установки для пиролиза твердых бытовых и промышленных отходов с рациональным контуром использования продуктов пиролиза.

Для этого в установке для пиролиза твердых бытовых и промышленных отходов, содержащей реактор пиролиза, к верхней части корпуса которого присоединено загрузочное устройство и система отсоса пиролизных газов, а к нижней устройство для выгрузки, колосниковая решетка, нагреватель, имеющий корпус с выложенной огнеупорным материалом внутренней поверхностью, снабженный горелочным устройством и системами подачи воздуха и топлива, с внешней стороны корпуса нагревателя жестко прикреплен корпус реактора пиролиза, в нижней части корпуса нагревателя на уровне днища корпуса реактора выполнено связывающее нагреватель с реактором сквозное отверстие, над которым в корпусе реактора установлена колосниковая решетка, под которой в вышеуказанном отверстии установлено средство для подачи продуктов сгорания из топочного объема нагревателя, ниже которого размещено средство для подачи воздуха с регулятором, а система отсоса пиролизных газов соединена посредством газоходов через регулятор с системой подачи воздуха в нагреватель.

Данная схема установки позволяет утилизовать горючие компоненты пиролизных газов, улучшить качество сменообразования дутьевого воздуха с основным топливом за счет увеличения температуры дутьевого воздуха, снизить коэффициент избытка воздуха и выбросы СО, NO_х, а также уменьшить температуру выбросов (уходящих газов) нагревателя (парового котла) за счет наличия водяных паров в пиролизных газах. Кроме того, в результате процесса пиролиза получается пирокарбон.

На фиг.1 приведена схема предлагаемой установки для пиролиза твердых бытовых и промышленных отходов; на фиг.2-5 узлы I-IV на фиг.1 соответственно.

Установка содержит загрузочное устройство 1, представляющее бункер 2 и шнековый питатель (не показан) с электроприводом 3. Загрузочное устройство 1 присоединяется к верхней части корпуса 4 реактора 5 пиролиза. В нижней части боковой поверхности корпуса 6 нагревателя 7 на уровне днища корпуса реактора выполнено сквозное отверстие 8, посредством которого продукты сгорания из топочного объема нагревателя 7 попадают через регулятор, например клапан 9, в систему 10 газификации реактора 5 пиролиза. Система газификации представляет собой трубу с отверстиями 11. К нижней части реактора 5 пиролиза подключена система 12 подачи воздуха с регулятором, например клапаном 13. В месте подключения системы 12 подачи воздуха к корпусу 4 выполнено отверстие 14. Верхняя часть корпуса 4 реактора 5 пиролиза снабжена системой отсоса пиролизных газов, состоящей из газоходов 15 и управляемой заслонки 16. В месте присоединения газохода 15 к корпусу 4 выполнено отверстие 17. Над отверстием 8 в корпусе реактора устанавливается колосниковая решетка 18. К нижней части реактора 5 пиролиза присоединено устройство 19 выгрузки с рубашкой 20 охлаждения, шнековым транспортером (не показан) с электроприводом 21. Рубашка 20 охлаждения имеет систему подвода и отвода охлаждающей воды с клапанами 22. Реактор 5 пиролиза монтируется с внешней стороны корпуса 6 нагревателя 7. Нагреватель 7 может представлять собой паровой котел. Внутренняя поверхность корпуса 6 парового котла выполнена огнеупорным материалом 23. На фрагменте корпуса 6 нагревателя 7 демонтирована часть огнеупорного материала 23. С внешней стороны корпуса 6 нагревателя 7 в месте выборки огнеупорного материала монтируется корпус 4 реактора 5 пиролиза. Способ монтажа электродуговая сварка. Величина площади δ представляющая собой площадь теплового контакта корпуса 6, нагревателя 7 и корпуса 4 реактора 5 пиролиза, определяется специальным тепловым расчетом и представляет собой сведения типа "ноу-хау".

Нагреватель 7 имеет систему 24 подачи воздуха с электровентилятором 25 и горелочное устройство 26 с системой 27 подачи топлива.

Установка работает следующим образом.

К горелочному устройству 26 подается топливо (поток 2) по системе 27 подачи топлива, воздух по системе 24 подачи воздуха (поток д) от электровентилятора 25 и зажигается факел. Отходы загружаются в бункер 2 (поток а) и шнековым питателем уплотняются в насадке загрузочного устройства 1, образуя воздухоплотную пробку, попадают в реактор 5 пиролиза. Нагрев корпуса 4 реактора 5 пиролиза осуществляется продуктами сгорания нагревателя 7 через корпус 6 нагревателя способом кондукцинной теплопередачи. Кроме того, продукты сгорания за счет избыточного давления в топочном объеме нагревателя 7 поступают через отверстие 8 в нижнюю часть корпуса реактора 5 пиролиза под колосниковую решетку 18 (поток б). Для поддержания нужного теплового поля в реакторе 5 пиролиза и обеспечения содержания необходимого количества воздуха в окисляющей отходы газовой смеси в этот же объем под колосниковую решетку 18 подается воздух (поток b₁) через отверстие 14 и систему 12 подачи воздуха с регулятором 13. Таким образом, в реакторе образуется необходимая температура для протекания процесса пиролиза. Эта температура составляет 700-800^оС. Такая температура, характерная для течения среднетемпературного пиролиза, определяет преобладание твердой фракции (до 40% от объема загружаемых отходов) и образование очень незначительного количества соединений тяжелых металлов. Тепловое поле, созданное за счет кондукционной передачи тепла от продуктов сгорания нагревателя 7 через корпус 4 реактора 5 пиролиза, поддерживает определенную минимальную постоянную температуру процесса, которая корректируется подачей продуктов сгорания из топочного объема нагревателя 7 через отверстие 8 в боковой стенке корпуса 6 нагревателя 7 в систему 10 газификации (поток б) и подачей воздуха через систему 12 (поток в₁).

В процессе деструкции отходов образующиеся в реакторе пиролиза газы скапливаются в верхней части корпуса реактора 4 и через отверстие 17 и газоходы 15 всасываются в систему 24 подачи воздуха (поток и). Далее, перемешиваясь с воздухом (поток в₂), пиролизные газы подаются электровентилятором 25 в качестве дутьевого воздуха (поток д) к горелочному устройству 26.

Таким образом, предложенная схема установки позволяет утилизовать горючие компоненты пиролизных газов, улучшить качество смесеобразования дутьевого воздуха с основным топливом за счет увеличения температуры дутьевого воздуха, снизить коэффициент избытка воздуха и выбросы СО и NO_х, а также уменьшить температуру выбросов (уходящих газов) нагревателя (парового котла) за счет наличия водяных паров в пиролизных газах. По мере деструкции отходов углеводородный остаток (пирокарбон) через колосниковую решетку 18 попадает в устройство 19 выгрузки. Здесь пирокарбон охлаждается водой, циркулирующей по рубашке 20 охлаждения, и выгружается. Оптимальный температурный режим протекания процесса пиролиза регулируется путем изменения количества подаваемых на газификацию продуктов сгорания и воздуха, а также отводом пиролизных газов.

Регулирование процесса пиролиза в зависимости от морфологического состава загружаемых отходов может осуществляться или изменением количества подаваемых на газификацию продуктов сгорания по системе 10, или изменением количества подаваемого воздуха по системе 12, или изменением количества отсасываемых пиролизных газов по газоходам 15, а также комбинированным использованием этих способов. Указанные способы позволяют обеспечить необходимый для процессов пиролиза температурный режим в широком диапазоне рабочих режимов нагревателя (парового котла).

Таким образом, предлагаемая схема установки позволяет рационально использовать все продукты пиролиза и, в частности, утилизовать горючие компоненты пиролизных газов на собственные нужды установки. Кроме того, в предлагаемой установке удалось значительно уменьшить выбросы соединений тяжелых металлов, дожечь токсичные компоненты пиролизных газов и уменьшить температуру выбросов (уходящих газов).

Таким образом, предлагаемая установка является экологически чистой и экономичной, простой и компактной установкой для пиролиза твердых бытовых и промышленных отходов.

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ ПИРОЛИЗА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ, содержащая реактор пиролиза, к верхней части корпуса которого присоединено загрузочное устройство и система отсоса пиролизных газов, а к нижней устройство для выгрузки, колосниковая решетка, нагреватель, имеющий корпус с выложенной огнеупорным материалом внутренней поверхностью, снабженный горелочным устройством и системами подачи воздуха и топлива, отличающаяся тем, что с внешней стороны корпуса нагревателя жестко прикреплен корпус реактора пиролиза, в нижней части корпуса нагревателя на уровне его днища выполнено связывающее нагреватель с реактором сквозное отверстие, над которым в корпусе реактора установлена колосниковая решетка, под которой в указанном отверстии установлено средство для подачи продуктов сгорания из топочного объема нагревателя, ниже котрого размещено средство для подачи воздуха с регулятором, а система отсоса пиролизных газов соединена посредством газоходов через регулятор с системой подачи воздуха в нагреватель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5