Установка для утилизации отходов и генерации энергии


B01D53/00 - Разделение (разделение твердых частиц мокрыми способами B03B,B03D; с помощью пневматических отсадочных машин или концентрационных столов B03B, другими сухими способами B07; магнитное или электростатическое отделение твердых материалов от твердых материалов или от текучей среды, разделение с помощью электрического поля, образованного высоким напряжением B03C; центрифуги, циклоны B04; прессы как таковые для выжимания жидкостей из веществ B30B 9/02; обработка воды C02F, например умягчение ионообменом C02F 1/42; расположение или установка фильтров в устройствах для кондиционирования, увлажнения воздуха, вентиляции F24F 13/28)

Владельцы патента RU 2723816:

Чечурин Леонид Сергеевич (RU)
Калитеевский Михаил Алексеевич (RU)

Изобретение относится к установке для утилизации отходов, генерации энергии, фильтрации дымовых газов и конденсации двуокиси углерода из дымовых газов. Техническим результатом является снижение воздействия на окружающую среду в ходе процесса одновременной утилизации отходов и генерации энергии, в частности, за счет снижения вредных выбросов в атмосферу, включая двуокись углерода. Установка содержит группу функциональных блоков, таких как, по меньшей мере, блок разделения воздуха на жидкий азот и жидкий кислород, блок теплообмена и мокрой фильтрации дымовых газов, блок сгорания, блок генерации энергии, а также средство отвода очищенного углекислого газа. При этом первый выход блока разделения воздуха на жидкий азот и жидкий кислород соединен каналом подвода жидкого азота с блоком теплообмена и мокрой фильтрации, а его второй выход соединен с тем же блоком каналом подвода жидкого кислорода, первый выход блока сгорания предназначен для удаления золы, а его второй выход соединен каналом отвода продуктов сгорания с блоком теплообмена и мокрой фильтрации, который, в свою очередь, имеет четыре выхода, первый выход соединен каналом отвода горячего кислорода с блоком сгорания, второй выход предназначен для удаления воды с пылью и связанными продуктами сгорания, третий выход соединен каналом подачи горячего азота высокого давления с блоком генерации энергии, четвертый выход соединен со средством отвода очищенного углекислого газа, при этом сам блок теплообмена и мокрой фильтрации выполнен с возможностью очистки дымовых газов ультрадисперсными сконденсированными каплями воды, полученными в ходе охлаждения указанных дымовых газов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится установке для утилизации отходов, генерации энергии, фильтрации дымовых газов и конденсации двуокиси углерода из дымовых газов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

К уровню техники относятся следующие публикации: RU 2502018 C1, US 7874140 и US 9410101 В2.

В RU 2502018 С1 описаны способ и установка для экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов.

Из US 7874140 В2 известен способ и установка для производства энергии посредством сжигания углеродсодержащего топлива в кислороде, включая удаление диоксида углерода.

В US 9410101 В2 описан способ и установка для получения энергии из органических отходов для непосредственной передачи энергии на выработку тепловой и электрической энергий. Изобретения позволяет получить углеродосодержащий продукт в твердой, жидкой или газообразной форме и использовать для хранения в резервуаре и/или для непосредственной совместной выработки тепловой и электрической энергий в приводе.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является создание установки, которая взаимовыгодно сочетает в себе процесс сжигания отходов с процессом выработки энергии и очистки дымовых газов в рамках одного производственного цикла, позволяющей в качестве исходных материалов использовать отходы и сжиженные азот и кислород, а полученные в ходе охлаждения дымовых газов ультрадисперсные сконденсированные капли воды использовать для очистки самих дымовых газов. Целью изобретения также является снижение воздействие на окружающую среду в ходе процесса одновременной утилизации отходов и генерации энергии, в частности, за счет снижения вредных выбросов в атмосферу, включая двуокись углерода.

Поставленная цель достигается за счет новой установки для утилизации отходов и генерации энергии, содержащей группу функциональных блоков таких как, по меньше мере, блок разделения воздуха на жидкий азот и жидкий кислород, блок теплообмена и мокрой фильтрации дымовых газов, блок сгорания, блок генерации энергии, а также средство отвода очищенного углекислого газа, при этом первый выход блока разделения воздуха на жидкий азот и жидкий кислород соединен каналом подвода жидкого азота с блоком теплообмена и мокрой фильтрации, а его второй выход соединен с тем же блоком каналом подвода жидкого кислорода, первый выход блока сгорания предназначен для удаления золы, а его второй выход соединен каналом отвода продуктов сгорания с блоком теплообмена и мокрой фильтрации, который в свою очередь имеет четыре выхода, первый выход соединен каналом отвода горячего кислорода с блоком сгорания, второй выход предназначен для удаления воды с пылью и связанными продуктами сгорания, третий выход соединен каналом подачи горячего азота высокого давления с блоком генерации энергии, четвертый выход соединен со средством отвода очищенного углекислого газа, при этом сам блоком теплообмена и мокрой фильтрации выполнен с возможностью очистки дымовых газов ультрадисперсными сконденсированными каплями воды, полученными в ходе охлаждения указанных дымовых газов.

Средство отвода очищенного углекислого газа дополнительно снабжено блоком для перевода газообразного углекислого газа в твердое состояние (сухой лед). Существенные отличия предлагаемого изобретения заключаются в следующем:

i) сжигании отходов в кислороде или обогащенном кислородом воздухе, что обеспечивает высокую температуру сгорания (более 1000 градусов Цельсия), полное термическое разложение высокомолекулярных соединений и их полное окисление, а также сгорание металлических изделий;

ii) предварительной фильтрации дымовых газов путем конденсации паров воды в дымовых газах вследствие их охлаждения жидким азотом и/или жидким кислородом в теплообменнике блока теплообмена и мокрой фильтрации, что обеспечивает очистку от пылевых частиц, оксидов серы, оксидов азота, оксидов фосфора, хлорсодержащих соединений;

iii) окончательной фильтрации дымовых газов, охлажденных в теплообменнике блока теплообмена и мокрой фильтрации путем впрыскивания жидкого азота в дымовые газы, охлажденные в теплообменнике блока теплообмена и мокрой фильтрации, что вызывает дополнительную конденсацию паров воды в дымовых газах;

iv) использовании нагретого в теплообменнике блока теплообмена и мокрой фильтрации азота в качестве рабочего тела для генерации энергии, например, путем приведения в действие паровой или газовой турбины с целью выработки электроэнергии.

v) преобразовании углекислого газа из дымовых газов в твердое состояние (сухой лед) посредством охлаждения жидким азотом.

Предложенный способ и установка для его реализации взаимовыгодно объединяет процессы утилизации отходов и генерацией энергии за счет того, что в качестве исходных материалов используются отходы и сжиженные азот и кислород, а полученные в ходе охлаждения дымовых газов жидким азотом и/или кислородом ультрадисперсные сконденсированные капли воды используются для очистки самих дымовых газов. Таким образом, предложенный способ не только расширяет возможности для утилизации отходов и производства энергии, но также устраняет недостатки существующих процессов производства энергии и сжигания отходов, а также уменьшает экологическую нагрузку на окружающую среду.

Более подробно изобретение поясняется ссылкой на фиг. 1, которая хотя и представляет наилучший вариант реализации, рассматриваемый авторами изобретения, но ни в коем случае не ограничивает практическое использование предлагаемого изобретения. Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что могут быть внесены разные дополнения, модификации и изменения настоящего изобретения, при этом не отклоняясь от сути и базовой идеи изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 представлена блок-схема установки с указанием последовательностей операций одновременного процесса утилизации отходов и получения энергии. Установка содержит 1 - блок разделения воздуха на жидкий азот и жидкий кислород, 2 - блок теплообмена и мокрой фильтрации, предназначенный для охлаждения газов в теплообменнике (на чертежах не показано), поступающих из блока сгорания; в блоке теплообмена и мокрой фильтрации 2 также происходит нагрев азота и кислорода, конденсация воды и фильтрация дымовых газов каплями воды, 3 - блок сгорания отходов в кислороде при высокой температуре, 4 - блок генерации энергии.

ОСУЩЕСТВЕЛНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В рамках данного изобретения под «отходами» следует понимать следующие типы отходов.

Пищевые отходы, по химическому составу представляющие собой соединения углерода, водорода, кислорода, азота, с примесями серы, фосфора и в меньшей степени других элементов.

Упаковочные материалы, например, полиэтилен, бумага и картон, дерево, в том числе и с полимерным покрытием, пластиковые бутылки, канистры, консервные банки и т.д., по химическому составу представляющие собой в основном углеводы и углеводороды, а также сплавы железа и алюминия.

Строительные отходы, например, дерево, древесно-стружечные плиты, картон, металлические крепежные элементы, пластики, пластиковые трубы(по химическому составу представляющие собой в основном углеводы и углеводороды, высокомолекулярные соединения, сплавы железа и алюминия), а также неорганические материалы.

Медицинские отходы, например, шприцы, трубки, перевязочные материалы и биоматериалы, по химическому составу представляющие собой в основном углеводы и углеводороды.

Горючесмазочные материалы, автомобильные шины, по химическому составу представляющие собой в основном углеводороды.

Отходы бытовой химии и косметической продукции, по химическому составу представляющие собой в основном углеводороды, углеводы и высокомолекулярные соединения.

Отходы химической промышленности, по химическому составу представляющие собой в основном высокомолекулярные соединения.

Указанные выше типы отходов приведены для пояснения сущности изобретения и не ограничивают объем данного изобретения. Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что в настоящем изобретении возможно применение и иных типов отходов.

Установка для утилизации отходов и генерации энергии работает следующим образом.

Воздух из атмосферы направляется в блок 1 на сжижение и разделение на жидкий кислород и жидкий азот. Отходы поступают в камеру сгорания (на чертежах не показано) блока 3. Жидкий кислород из блока 1 поступает в теплообменник (на чертежах не показано) блока 2, где переходит в газообразное состояние и нагревается. Горячий кислород или обогащенный кислородом воздух поступает из блока 2 в камеру сгорания блока 3 и тем самым инициирует процесс интенсивного сжигания отходов при температуре от 1000 градусов Цельсия до 2000 градусов Цельсия.

В процессе горения отходов в чистом кислороде или обогащенном кислородом воздухе образуются зола, которая удаляется из блока 3, и горящие дымовые газы, состоящие главным образом из паров воды, углекислого газа, а также содержащие пылевые частицы. Дымовые газы из камеры горения блока 3 поступают в теплообменник блока 2 для последующего охлаждения.

Охлаждение дымовых газов в теплообменнике блока 2 может осуществляться разными способами. В одном из вариантов осуществления изобретения дымовые газы охлаждаются жидким азотом из блока 1, идущим по трубкам теплообменника (на чертежах не показано) блока 2. В другом варианте реализации изобретения охлаждение дымовых газов осуществляется путем впрыскивания жидкого азота из блока 1 в поток дымовых газов в блоке 2 (система впрыска жидкого азота на чертежах не показана). Еще в одном варианте реализации изобретения охлаждение дымовых газов может осуществляться жидким кислородом из блока 1 в теплообменнике блока 2. Кислород или обогащенный кислородом воздух при этом дополнительно нагревается перед подачей в камеру сжигания блока 3 для более эффективного сжигания мусора. В зависимости от конкретных условий реализации установки и способа, возможны различные варианты и комбинации способов охлаждения дымовых газов в блоке 2. Например, охлаждение может осуществляться всеми способами последовательно, либо одним из способов.

В процессе охлаждения дымовых газов в теплообменнике блока 2 жидким азотом и/или кислородом в дымовых газах понижается давление насыщенного водяного пара и происходит формирование ультрадисперсных капель воды, при этом центрами конденсации служат частицы пыли в дымовых газах. В случае реализации охлаждения дымовых газов путем впрыскивания жидкого азота температура дымовых газов также падает, при этом еще больше падает давление насыщенного водяного пара и происходит более интенсивное образование ультрадисперсных капель из водяного пара, оставшегося в газообразном состоянии после теплообменника блока 2. Ультрадисперсные капли воды, образовавшиеся в дымовых газах, связывают, растворяя в себе газообразные вредные вещества (оксиды азота, оксиды серы, хлорсодержащих соединений, и др.). При этом ультрадисперсные капли воды укрупняются, и вместе со связанной пылью и растворенными вредными веществами выпадают из дымовых газов и удаляются из блока 2.

Дымовые газы, очищенные от пыли, оксидов азота и серы, и паров воды, состоящие в основном из углекислого газа, выбрасываются в атмосферу, или путем охлаждения жидким азотом из блока 1, используются для производства сухого льда.

Генерация энергии в процессе сжигания отходов осуществляется следующим образом. Жидкий азот из блока 1 поступает в теплообменник блока 2, где переходит в газообразное состояние и нагревается за счет охлаждения дымовых газов. При этом повышается его давление, далее горячий азот высокого давления поступает в блок 4 генерации энергии, содержащий, например, турбину (на чертежах не показано), которая может приводить в движение электрогенератор(на чертежах не показано) блока 4. Вырабатываемая энергия может быть использована, например, для подачи в сеть.

Для осуществления предлагаемого изобретения, как в общем случае, так и в частных случаях выполнения, в основном, могут быть использованы известные и применяемые в области утилизации отходов и генерации энергии материалы, элементы и блоки.

Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что в настоящем изобретении возможны разнообразные модификации и изменения. Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение охватывает указанные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

1. Установка для утилизации отходов и генерации энергии, содержащая группу функциональных блоков, таких как, по меньшей мере, блок разделения воздуха на жидкий азот и жидкий кислород, блок теплообмена и мокрой фильтрации дымовых газов, блок сгорания, блок генерации энергии, а также средство отвода очищенного углекислого газа, при этом первый выход блока разделения воздуха на жидкий азот и жидкий кислород соединен каналом подвода жидкого азота с блоком теплообмена и мокрой фильтрации, а его второй выход соединен с тем же блоком каналом подвода жидкого кислорода, первый выход блока сгорания предназначен для удаления золы, а его второй выход соединен каналом отвода продуктов сгорания с блоком теплообмена и мокрой фильтрации, который, в свою очередь, имеет четыре выхода, первый выход соединен каналом отвода горячего кислорода с блоком сгорания, второй выход предназначен для удаления воды с пылью и связанными продуктами сгорания, третий выход соединен каналом подачи горячего азота высокого давления с блоком генерации энергии, четвертый выход соединен со средством отвода очищенного углекислого газа, при этом сам блок теплообмена и мокрой фильтрации выполнен с возможностью очистки дымовых газов ультрадисперсными сконденсированными каплями воды, полученными в ходе охлаждения указанных дымовых газов.

2. Установка по п. 1, в которой средство отвода очищенного углекислого газа дополнительно снабжено блоком для перевода газообразного углекислого газа в твердое состояние (сухой лед).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области тепловой энергетики. Снегоплавильная установка на базе водогрейного котла, использующая избыточную теплоту уходящих газов водогрейного котла, содержит корпус, герметично устанавливаемый в коробе уходящих газов прямоугольной формы, проложенном наземным способом, основной снегозагрузочный бункер и дополнительный снегозагрузочный бункер, которые заполняют снежной массой через приемную колосниковую решетку, снежная масса при контакте с корпусом, герметично установленным в коробе уходящих газов прямоугольной формы, и приваренным к нему дырчатым листом плавится, вода от растаявшей снежной массы в основном снегозагрузочном бункере стекает вниз через воронку и отдает избыточное тепло на таяние снежной массы, загруженной в дополнительный снегозагрузочный бункер, по трубопроводу талая вода из основного снегозагрузочного бункера и дополнительного снегозагрузочного бункера стекает к очистным сооружениям ливневой канализации.

Изобретение относится к системе камеры сгорания и устройства для селективного некаталитического восстановления и способу импульсного введения реагента в камеру сгорания.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для нагрева воды для бытовых и производственных нужд. Технический результат достигается автономным газовым водонагревателем, содержащим цилиндрический корпус с крышкой, снабженной выхлопным патрубком и днищем с центральным воздухозаборным отверстием, покрытыми теплоизоляцией, внутри которого снизу вверх помещены камера сгорания с горелкой с устройством автоматического зажигания, цилиндрический двухступенчатый теплообменник, соединенный с накопительной емкостью, камера уходящих газов, причем внутренние стенки водных кольцевых каналов первой и второй ступеней теплообменника выполнены с вертикальными прямоугольными пазами, в которые частично утоплены термоэлектрические звенья, состоящие из прямоугольных вставок, внутри которых помещены ряды, расположенных параллельно, термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых представляет собой пару параллельных проволочных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой с образованием зазора шириной Δ, каждое термоэлектрическое звено последовательно соединены между собой на торцах в зонах водных кольцевых каналов первой и второй ступеней теплообменника конденсаторами, покрытыми слоем водонепроницаемого диэлектрического материала, образуя термоэлектрический блок в форме разомкнутого кольца, первый и последний из вышеупомянутых конденсаторов которого соединены с токовыводами, соединенными через преобразователь и аккумулятор с системой автоматизации и безопасности водонагревателя.

Изобретение относится к системе камеры сгорания и устройства для селективного некаталитического восстановления, в частности к соплу для введения реагента в камеру сгорания.

Изобретение может быть использовано при создании источников для выработки электроэнергии. Отделение отходящего газа от твердых и/или жидких продуктов реакции проводят при сжигании в газообразном топливе металла, выбранного из группы, включающей щелочные металлы, щелочноземельные металлы, Al и Zn, а также их смеси.

Настоящее изобретение относится к способу выявления непроходимости в вытяжном канале газового котла. Способ выявления непроходимости в вытяжном канале газового котла, в котором в ходе работы газового котла приводят в движение нагнетатель в зависимости от количества воздуха, проходящего через трубку Вентури, выполненную на входе упомянутого нагнетателя, и, таким образом, вводят газ, после подачи к горелке газовоздушной смеси, представляющей собой смесь введенного газа и воздуха, осуществляют процесс воспламенения посредством контроллера, определяют температуры подводимой теплофикационной воды и собираемой теплофикационной воды при нагревании посредством датчиков температуры, расположенных в трубопроводе для подаваемой теплофикационной воды и в трубопроводе для собираемой теплофикационной воды, и используют значения RPM (числа оборотов в минуту) вентилятора нагнетателя и упомянутых температур подводимой теплофикационной воды и собираемой теплофикационной воды для выявления непроходимости в вытяжном канале, причем упомянутый способ включает в себя следующие этапы: этап (А), на котором осуществляют процесс воспламенения в соответствии с заданной пользователем температурой и выполняют регулирование температуры для получения упомянутой заданной пользователем температуры, этап (В), на котором определяют, превышает ли текущее значение RPM приведенного в движение нагнетателя контрольное значение RPM нагнетателя, этап (С), на котором если определено, что текущее значение RPM вентилятора превышает контрольное значение RPM вентилятора, вычисляют разницу между значениями температур подводимой теплофикационной воды и собираемой теплофикационной воды, измеренными посредством датчиков температуры при подаче теплофикационной воды, и определяют, является ли вычисленное значение меньше предварительно заданного контрольного значения температуры, этап (D), на котором определяют, превышает ли прошедшее время предварительно заданное время, основываясь на времени определения на этапе (С), если определено, что упомянутая разница меньше упомянутого контрольного значения температуры; и этап (Е), на котором отображают вовне уведомление о выявлении непроходимости в вытяжном канале, если определено, что прошедшее время превысило предварительно заданное время, основываясь на упомянутом времени определения на этапе (С).

Изобретение относится к области энергетики. Способ сжигания металла M, который выбран из щелочных, щелочноземельных металлов, алюминия и цинка, а также их сплавов и/или смесей, с использованием горючего газа, при этом сжигание осуществляется посредством пористой горелки, которая включает в себя пористую трубу в качестве горелки.

Изобретение относится к котлу отопительному газовому. Kотёл отопительный газовый для нужд отопления и горячего водоснабжения в жилых помещениях состоит из прямоугольного шкафа с тепловой защитой и кожухом, внутри которого расположены топка с горелкой, теплообменник и патрубок выхода продуктов сгорания через внешнюю стенку помещения.

Изобретение относится к оборудованию комбинированной термической переработки твердых отходов органического происхождения, включает процессы сжигания, пиролиза и газификации.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Котельная установка содержит котел с подключенным к нему газоходом уходящих газов, разделенным после котла на основной и байпасный газоходы, которые соединены в общий газоход перед дымососом, установленный в основном газоходе теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов.

Изобретение относится к области электротермической техники, а именно к устройствам, вырабатывающим плазму в электродуговых камерах для сжигания твердых отходов. Технический результат - упрощение процессов регулирования температуры и повышение производительности при сжигании материала за счет дополнительного нагрева сжигаемого материала электрической спиралью, выполненной из тугоплавкого материала.
Наверх