Устройство для переработки твердых отходов

 

Изобретение относится к области переработки твердых отходов в коммунальном хозяйстве и промышленности путем их газификации с получением в качестве конечных продуктов экологически чистых дымовых газов и коксозольного остатка. Устройство содержит горизонтально расположенный корпус, средства для подачи сырья и выгрузки коксозольного остатка, расположенную снаружи корпуса обогревательную камеру с топкой со средствами подачи воздуха и вывода продуктов сгорания. Устройство снабжено подвижными разновеликими перемычками прикрепленными к верхней стенке корпуса, делящим его внутренний объем на зоны сушки, пиролиза и дожигания. Верхняя часть зоны дожигания соединена внешним каналом с нижней частью зоны пиролиза, верхняя часть зоны пиролиза соединена внешним каналом с нижней частью зоны сушки, а верхняя часть зоны сушки соединена внешним каналом с топкой. Выходы внешних каналов в нижнюю часть зон сушки и пиролиза выполнены в виде плоских сопел, направленных по ходу движения материала в корпусе. Высота перемычки, разделяющей зоны дожигания и пиролиза равна 1,1 высоты зоны пиролиза, а высота перемычки, разделяющей зоны пиролиза и сушки равна 0,5 высоты зоны пиролиза. Устройство в плане имеет форму трапеции с углом раскрытия 1 - 3^o в сторону движения материала, а зона дожигания снабжена вертикальным каналом для подачи воздуха, нижний срез которого расположен на расстоянии 5 - 8 калибров выходного сопла от дна камеры. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области переработки твердых отходов в коммунальном хозяйстве и промышленности путем их газификации с получением в качестве конечных продуктов экологически чистых дымовых газов и коксозольного остатка.

Известно устройство для газификации бытовых и промышленных отходов, состоящее из вертикального цилиндрического реактора, снабженного в верхней части средством для загрузки исходного сырья, а в нижней части узлом золоудаления [1] В данном устройстве загруженные сверху отходы последовательно проходят зоны сушки, пиролиза и газификации твердого остатка, а образующиеся газообразные продукты отводятся из верхней части устройства.

Однако содержащиеся в исходном материале в виде соединений вредные вещества (фенолы, хлор, аммиак характерные компоненты городских и промышленных отходов) по мере их нагрева до температур возгонки и кипения уносятся газовым потоком из аппарата, не претерпевая дальнейших изменений, что требует дополнительных технических мероприятий по обеспечению экологической чистоты выбросов за предела аппарата. Процесс ведется при наличии кислорода, что способствует появлению дополнительных вредных веществ.

Кроме того, недостатками данного устройства являются неоднородные условия тепло- массообменных процессов, характерные для плотного движущегося столба материала, а также сложности с обеспечением равномерного и непрерывного его движения по высоте.

Наиболее близким к заявленному устройству по конструкции, принципу работы и достигаемому результату является устройство для переработки твердых отходов, содержащее горизонтально расположенный корпус, средства для подачи отходов и выгрузки коксозольного остатка, расположенную снаружи корпуса обогревательную камеру с топкой со средствами для подачи и сжигания топлива, подачи воздуха и вывода продуктов сгорания [2] Недостатком данного устройства является то, что при влажном сырье трудно обеспечить эффективные сушку и пиролиз только за счет внешнего обогрева корпуса из-за плохих условий теплопередачи к сырью через стенку от внешнего газового теплоносителя.

Кроме того, поскольку материал внутри корпуса перемещается путем проталкивания, он приобретает вид сильной спрессованной массы, теплопередача внутри которой затруднена. При этом существует предельное значение влажности исходного сырья, выше которой данный процесс вообще неосуществим из-за необходимости увеличения теплообменной поверхности аппарата или температуры его стенок до нереальных значений.

Недостатком устройства является также то, что газификация (переработка) коксозольного остатка производится в выносной камере, где образуются газообразные продукты, содержащие большое количество летучей золы и мелкой коксовой пыли. Поскольку прямое сжигание сильно запыленного газообразного топлива в топке является сложной технической задачей, в устройстве предусмотрена система пылеочистки для успешной работы которой, в свою очередь, требуется предварительное охлаждение газового потока, что снижает его конечный тепловой потенциал.

Недостатком устройства является также то, что пиролизный корпус выполнен в виде протяженной трубы, оказывающей значительное сопротивление трения продвижению в нем материала в виде сильной спрессованной массы.

Настоящее изобретение направлено на обеспечение возможности наряду с внешним теплообменом нагрева материала за счет прямого контакта с ним газового теплоносителя, резкое уменьшение пылеуноса из аппарата, уменьшение энергетических затрат на перемещение материала и, следовательно, в целом на повышение эффективности работы устройства.

Указанные технические результаты могут быть получены за счет того, что устройство для переработки твердых отходов, содержащее горизонтально расположенный корпус, средства для подачи отходов и выгрузки коксозольного остатка, расположенную снаружи корпуса обогревательную камеру с топкой со средствами для подачи и сжигания топлива, подачи воздуха и вывода продуктов сгорания, снабжено прикрепленными к верхней стенке корпуса разновеликими подвижными перемычками, делящими его внутренний объем на зоны сушки, пиролиза и дожигания, причем верхняя часть зоны дожигания соединена внешним каналом с нижней частью зоны пиролиза, верхняя часть зоны пиролиза соединена внешним каналом с нижней частью зоны сушки, а верхняя часть зоны сушки соединена внешним каналом с топкой. При этом выходы внешних каналов в нижнюю часть зон сушки и пиролиза выполнены в виде плоских сопел, направленных по ходу движения материала в корпусе. Высота перемычки, разделяющей зоны дожигания и пиролиза, равна 1,1 высоты зоны пиролиза. Высота перемычки, разделяющей зоны пиролиза и сушки, равна 0,5 высоты зоны пиролиза. Корпус устройства имеет в плане форму трапеции с углом раскрытия 1 3^o в сторону движения материала. Зона дожигания снабжена вертикальным каналом для подачи воздуха, нижний срез которого расположен на расстоянии 5 8 калибров выходного сопла от дна зоны.

Снабжение корпуса подвижными перемычками позволяет разделить его внутренний объем на три взаимно изолированные по газовой фазе зоны сушки, пиролиза и дожигания, поскольку твердый материал внутри корпуса находится в виде единой непрерывной ленты, а перемычки, скользя своими нижними кромками по верху этой ленты, обеспечивают необходимое разделение смежных внутренних газовых объемов корпуса на зоны с разными температурными режимами и задачами.

Высота перемычки, разделяющей зоны дожигания и пиролиза, равная 1,1 высоты зоны пиролиза, позволяет полностью перекрыть по высоте вертикальный размер в свету зоны пиролиза при отсутствии в аппарате твердого материала и в то же время обеспечивает необходимую высоту слоя материала, выталкиваемого в зону дожигания в рабочем режиме.

Высота перемычки, разделяющей зоны пиролиза и сушки, равная 0,5 высоты зоны пиролиза обеспечивает формирование высоты слоя материала в зоне пиролиза, необходимого по технологическим условиям.

Снабжение корпуса внешними каналами, соединяющими верхние (газовые) части зон с нижними частями смежных зоны, позволяет направить движение газового потока в режиме противотока в направлении от более нагретой зоны (дожигания) к менее нагретой (сушки). При этом газовый теплоноситель в каждой из зон совершает вынужденное перемещение снизу вверх, фильтруясь через слой твердого материала, что обеспечивает хорошие условия теплопередачи и задерживает мелкие частицы, обеспечивая тем самым пылеочистку газового потока.

Снабжение соединяющих каналов выходами в виде плоских сопел, размещенных по дну корпуса и направленных по ходу движения материала, позволяет за счет кинематической энергии струи на срезе сопла интенсифицировать перемещение твердого материала и его рыхление.

Снабжение зоны дожигания вертикальным каналом для подачи воздуха, нижний срез которого расположен на расстоянии 5 8 калибров выходного сопла от дна зоны, позволяет обрабатывать (газифицировать) полукокс в режиме взвешенного острой струей газа (окислителя), что обеспечивает очень высокую интенсивность тепло- и массообменных процессов.

Выполнение корпуса устройства в виде трапеции с углом раскрытия 1 - 3^o в сторону движение материала позволяет уменьшить возможность подпрессовки материала за счет непрерывного увеличения сечения аппарата по его длине.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, продольный вертикальный разрез; на фиг.2 разрез А -А на фиг.1.

Устройство для переработки твердых отходов содержит горизонтально расположенный (или с небольшим уклоном в сторону горячей зоны) прямоугольный корпус 1, поделенный на зоны сушки 2, пиролиза 3 и дожигания 4 со средством для подачи воздуха 5, сырья 6 и средством для выгрузки коксозольного остатка 7, размещенную внутри корпуса перемычку 8, разделяющую зоны сушки и пиролиза, и перемычку 9, разделяющую зоны пиролиза и дожигания, размещенные снаружи корпуса канал 10 с соплом 11, соединяющий зоны сушки и пиролиза, канал 12 с соплом 13, соединяющий зоны пиролиза и дожигания, и канал 14, соединяющий зону сушки с топкой 15, средства для подачи воздуха 16 и топлива 17 и расположенную снаружи корпуса обогревательную камеру 18 со средством для вывода газообразных продуктов сгорания 19.

Устройство для переработки твердых отходов работает следующим образом.

В корпусе 1 через средство 6 загружают исходный материал твердые отходы. Постепенно заполняя нижнюю часть корпуса твердый материал доходит до перемычки 9, упирается в нее и за счет поступления новых порций, положения перемычки 8 и возникающих сил трения в корпусе формируется слой, очертания которого определяются физико-техническими свойствами материала (удельный и насыпной веса, угол естественного откоса, влажность, упругость и т.п.). После этого подача исходного материала в устройство временно прекращается.

Через средства 16 и 17 в топку 15 подаются воздух и топливо и образующиеся при горении продукты сгорания выводятся в обогревательную камеру 18, проходя через которую они отдают тепло на нагрев стенок корпуса и через них материала и через средство 19 выводятся в атмосферу.

По мере роста температуры в наиболее приближенной к топке зоне пиролиза 3 начинается процесс термического разложения (пиролиз) органической составляющей отходов и выделяющиеся газообразные продукты пиролиза через канал 10 и сопло 11 начинают поступать в нижнюю часть зоны сушки 2, фильтруясь через слой материала, отдают ему свое тепло, очищаются от пыли и вместе с парами воды через канал 14 поступают в топку 15. В топке сгорают, замещая за счет теплотворной способности горючей составляющей соответствующую часть необходимого для процесса топлива. При этом происходит термическое обезвреживание вредных компонентов, содержащихся в продуктах пиролиза и парах воды, что обеспечивает экологическую чистоту дымовых газов.

При достижении в зоне пиролиза температуры 450 500^oС основной процесс выделения летучих продуктов пиролиза завершается и с этого момента возобновляется и далее непрерывно продолжается процесс подачи исходного материала через средство 6 и его движение внутри корпуса.

Образованный в зоне пиролиза твердый остаток (полукокс) за счет давления вновь поступающего материала начинает поступать (выталкиваться) в зону дожигания 4, куда через средство 5 подается газифицирующий агент (воздух, паровоздушная или водовоздушная смесь) в виде вертикальной струи. В результате этого полукокс газифицируется в режиме слоя, взвешенного острой струей газа с образованием коксозольного остатка, который удаляется из зоны средством 7, и газообразных продуктов газификации, которые через канал 12 с соплом 13 поступают в нижнюю часть зоны пиролиза, фильтруясь через слой отдают свое тепло, очищаются от пыли и далее двигаются уже совместно с газообразными продуктами пиролиза по описанному выше пути.

Таким образом, совокупность указанных существенных признаков обеспечивает возможность нагрева материала (наряду с внешним теплообменом) за счет прямого контакта с ним газового теплоносителя, резко уменьшает пылеунос из устройства, уменьшает энергетические затраты на перемещение материала и, следовательно, повышает эффективность работы устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для переработки твердых отходов, содержащее горизонтально расположенный корпус, средства для подачи отходов и выгрузки коксозольного остатка, расположенную снаружи корпуса обогревательную камеру с топкой со средствами для подачи и сжигания топлива, подачи воздуха и вывода продуктов сгорания, отличающееся тем, что оно снабжено прикрепленными к верхней стенке корпуса разновеликими перемычками, делящими его внутренний объем на зоны сушки, пиролиза и дожигания, причем верхняя часть зоны дожигания соединена внешним каналом с нижней частью зоны пиролиза, верхняя часть зоны пиролиза соединена внешним каналом с нижней частью зоны сушки, а верхняя часть зоны сушки соединена внешним каналом с топкой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходы внешних каналов в нижнюю часть зон сушки и пиролиза выполнены в виде плоских сопл, направленных по ходу движения материала в корпусе.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что высота перемычки, разделяющей зоны дожигания и пиролиза, равна 1,1 высоты зоны пиролиза.

4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что высота перемычки, разделяющей зоны пиролиза и сушки, равна 0,5 высоты зоны пиролиза.

5. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что корпус устройства в плане имеет форму трапеции с углом раскрытия 1 3^o в сторону движения материала.

6. Устройство по пп.1 5, отличающееся тем, что зона дожигания снабжена вертикальным каналом для подачи воздуха, нижний срез которого расположен на расстоянии 5,5 калибров выхлопного сопла от дна зоны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2