Установка для утилизации отходов
Владельцы патента RU 2788409:
Кондратьев Владимир Михайлович (RU)
Стародубцев Виктор Николаевич (RU)
Каплун Татьяна Викторовна (RU)
Изобретение относится к установке для утилизации отходов, генерации электрической энергии, фильтрации дымовых газов и очистки шлаков и пепла от вредных примесей. Технический результат – повышение производительности и упрощение конструкции установки для утилизации отходов с одновременным повышением безопасности и экологичности процесса утилизации, снижение габаритных размеров установки, расширение ее функциональных возможностей. Установка для утилизации отходов содержит термореактор с колосниковой решеткой, камеру дожига, теплообменник, устройство очистки дымовых газов. Термореактор функционально разделен на три зоны: надколосниковую зону, расположенную в верхней части термореактора, в которой образуются пиролизные газы, зону кипящего слоя около колосниковой решетки и подколосниковую зону под колосниковой решеткой. Подколосниковая зона представляет собой камеру сгорания термореактора, при этом термореактор снабжен дымососом пиролизных газов, выполненным в виде газоотвода, расположенным снаружи термореактора, сообщенным с одной стороны с надколосниковой зоной термореактора, а с другой стороны – с камерой сгорания термореактора. Установка содержит паровой котел, устройство утилизации пепла и вредных примесей шлака, паровую электростанцию. Теплообменник выполнен в виде газовоздушного теплообменника. Устройство очистки дымовых газов выполнено в виде соединенных последовательно и сообщенных между собой циклона и скруббера мокрой очистки, снабженного газоотводом очищенных дымовых газов в атмосферу. Термореактор, камера дожига, паровой котел, теплообменник, устройство очистки дымовых газов установлены на жестком каркасе и жестко закреплены относительно него. Выход термореактора, выполненный в его подколосниковой зоне, сообщен с входом камеры дожига, выход которой сообщен с входом парового котла, первый выход которого сообщен с входом теплообменника, первый выход теплообменника сообщен с входом циклона, сообщенного со скруббером, выход скруббера сообщен с устройством утилизации вредных примесей шлака и пепла, второй выход теплообменника сообщен с зоной кипящего слоя термореактора. Термореактор в верхней части выполнен с возможностью сообщения с устройством загрузки отходов. В подколосниковой зоне термореактора обеспечена деструкция сгорающих газов. Камера сгорания термореактора, расположенная под колосниковой решеткой, сообщена со вторым входом устройства утилизации вредных примесей шлака и пепла, второй выход парового котла сообщен с паровой электростанцией, установленной на каркасе и жестко соединенной с ним. Над теплообменником размещен воздушный вентилятор, предназначенный для наружного охлаждения воздушного потока от теплообменника к термореактору. Вентилятор жестко закреплен относительно каркаса. 8 з.п. ф-лы, 5 ил. 3 табл.
Настоящее изобретение относится к установке для утилизации отходов, генерации электрической энергии, фильтрации дымовых газов и очистке шлаков и пела от вредных примесей.
Из патента РФ №2502017 на изобретение известен мусоросжигательный завод, состоящий из бункерного блока, блока сжигания ТБО во вращающейся печи барабанного типа, блока дымоочистки, блока водоподготовки и утилизации тепла, блока утилизации золы, который содержит плавильный реактор, футерованный изнутри; плазмотрон; бункер золы с механизмом ввода золы; систему слива расплава и грануляции шлака, источник электропитания, систему очистки дымовых газов, при этом плавильный реактор блока утилизации золы имеет металлический водоохлаждаемый кожух, блок утилизации золы содержит воздушный компрессор и водяной насос для охлаждения электродов плазмотрона и кожуха реактора, система очистки дымовых газов блока утилизации золы содержит дожигатель, вихревой скруббер (центробежно-барботажный аппарат) с щелочным раствором, рукавный фильтр для очистки от твердых примесей и приемник зольного остатка (вторичной золы).
Из патента РФ №2502018 на изобретение известна комплексная районная тепловая станция для экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов, которая содержит 2 цеха: мусоросжигающий цех (МСЦ) и теплоцех, причем мусоросжигающий цех состоит из бункерного блока, блока сжигания ТБО во вращающейся печи барабанного типа, блока дымоочистки, блока водоподготовки и утилизации тепла, блока утилизации золы, который содержит футерованный изнутри плавильный реактор, плазмотрон, бункер золы с механизмом ввода золы, систему слива расплава и грануляции шлака, источник электропитания, систему очистки дымовых газов, при этом плавильный реактор блока утилизации золы имеет металлический водоохлаждаемый кожух, блок утилизации золы содержит воздушный компрессор и водяной насос для охлаждения электродов плазмотрона и кожуха плавильного реактора, система очистки дымовых газов блока утилизации золы содержит дожигатель, вихревой скруббер (центробежно-барботажный аппарат) с щелочным раствором, рукавный фильтр для очистки от твердых примесей и приемник зольного остатка (вторичной золы).
Недостатком известных технических решений является их сложность, обусловленная сложностью состава оборудования, а также осуществление процесса в две стадии с необходимостью использования системы высокотемпературного дожига шлака с использованием плазмотрона. Также недостатком известных решений является их неэкологичность, обусловленные возможностью восстановления сложных молекул опасных веществ за дымовой трубой после термического нагрева.
Техническое решение по патенту РФ №2502018 выбрано в качестве наиболее близкого аналога.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением - создание простой, высокопроизводительной установки, обеспечивающей экологичную утилизацию промышленных и бытовых отходов, снижение габаритных размеров установки, расширение арсенала средств для утилизации отходов.
Технический результат, достигаемый изобретением - повышение производительности и упрощение конструкции установки для утилизации отходов с одновременным обеспечением, повышение безопасности и экологичности процесса утилизации, снижение габаритных размеров установки, расширение ее функциональных возможностей, обеспечение утилизации промышленных и бытовых отходов с надлежащим качеством.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в установке для утилизации отходов, содержащей термореактор с колосниковой решеткой, камеру дожига, теплообменник, устройство очистки дымовых газов, согласно изобретению термореактор функционально разделен на три зоны - надколосниковую зону, расположенную в верхней части термореактора, в которой образуются пиролизные газы, зону кипящего слоя около колосниковой решетки и подколосниковую зону под колосниковой решеткой, при этом подколосниковая зона представляет собой камеру сгорания термореактора, при этом термореактор снабжен дымососом пиролизных газов, выполненным в виде газоотвода, расположенным снаружи термореактора, сообщенным с одной стороны с надколосниковой зоной термореактора, а с другой стороны - с камерой сгорания термореактора, установка содержит паровой котел, устройство утилизации пепла и вредных примесей шлака, паровую электростанцию, теплообменник выполнен в виде газовоздушного теплообменника, устройство очистки дымовых газов выполнено в виде соединенных последовательно и сообщенных между собой циклона и скруббера мокрой очистки, снабженного газоотводом очищенных дымовых газов в атмосферу, термореактор, камера дожига, паровой котел, теплообменник, устройство очистки дымовых газов установлены на жестком каркасе и жестко закреплены относительно него, выход термореактора, выполненный в его подколосниковой зоне, сообщен со входом камеры дожига, выход которой сообщен со входом парового котла, первый выход которого сообщен со входом теплообменника, первый выход теплообменника сообщен со входом циклона, сообщенного со скруббером, выход скруббера сообщен с устройством утилизации вредных примесей шлака и пепла, второй выход теплообменника сообщен с зоной кипящего слоя термореактора, термореактор в верхней части выполнен с возможностью сообщения с устройством загрузки отходов, в подколосниковой зоне термореактора обеспечена деструкция сгорающих газов при температуре 1400±50°С и при давлении 0,02÷0,08 МПа, габариты камеры дожига заданы из соотношения: V = t⋅Х, где
V - объем вихревой камеры, м3,
t - время выдержки горячих газов, составляющее 3-5 сек,
Х - расход горячего газа через вихревую камеру, м3/сек,
камера сгорания термореактора, расположенная под колосниковой решеткой, сообщена со вторым входом устройства утилизации вредных примесей шлака и пепла, второй выход парового котла сообщен с паровой электростанцией, установленной на каркасе и жестко соединенной с ним, над теплообменником размещен воздушный вентилятор, предназначенный для наружного охлаждения воздушного потока от теплообменника к термореактору, вентилятор жестко закреплен относительно каркаса.
Скруббер снабжен газоотводом для отвода газа в атмосферу.
Термореактор, камера дожига, паровой котел, теплообменник и устройство очистки дымовых газов сообщены между собой посредством трубопроводов или отрезков трубопроводов.
Скруббер и камера сгорания термореактора сообщены между собой посредством трубопроводов или отрезков трубопроводов.
Второй выход парового котла сообщен с паровой электростанцией посредством трубопровода или отрезка трубопровода.
Каркас с размещенным на нем термореактором, камерой дожига, паровым котлом, теплообменником, устройством очистки дымовых газов, паровой электростанцией и устройством утилизации пепла и вредных примесей шлака размещены в транспортном контейнере, стенки которого представляют собой теплоизолированный корпус установки, при этом контейнер выполнен с возможностью выхода в атмосферу очищенных дымовых газов из скруббера.
Устройство утилизации вредных примесей шлака и пепла содержит устройство удаления шлака и пепла из камеры сгорания термореактора с возможностью их подачи в муфельную печь.
Устройство удаления шлака и пепла из камеры сгорания термореактора выполнено в виде шнекового транспортера.
Устройство удаления шлака и пепла из камеры сгорания термореактора и муфельная печь установлены на каркасе и жестко закреплены относительно него.
Заявляемое изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена функциональная схема заявляемой установки.
На фиг. 2 изображена принципиальная схема заявляемой установки.
На фиг. 3 изображен внешний вид термореактора.
На фиг. 4 изображен общий вид заявляемой установки.
На фиг. 5 изображен термореактор.
Позиции на фигурах:
1 - устройство загрузки отходов;
2 - термореактор;
3 - камера дожига;
4 - паровой котел;
5 - газовоздушный теплообменник;
6 - устройство очистки дымовых газов;
7 - устройство утилизации вредных примесей шлака и пепла.
8 - паровая электростанция;
9 - дымосос пиролизных газов;
10 - циклон;
11 - скруббер;
12 - каркас;
14 - выход термореактора;
15 - колосниковая решетка;
16 - вентилятор;
17 - устройство удаления шлака и пепла из камеры «В»;
18 - муфельная печь.
Заявляемая установка для утилизации отходов содержит термореактор 2 с колосниковой решеткой 15, представляющим собой колосниковую решетку, предназначенную для удержания твердых частиц топлива; камеру дожига 3; теплообменник 5; устройство очистки дымовых газов 6.
Термореактор 2 функционально разделен на три зоны - надколосниковую зону «А», расположенную в верхней части термореактора 2, в которой образуются пиролизные газы, зону «Б» кипящего слоя около колосниковой решетки и подколосниковую зону «В» под колосниковой решеткой. В зоне «Б» кипящего слоя происходит взаимодействие частиц топлива с газовым (воздушным) потоком во взвешенном состоянии. Подколосниковая зона «В» представляет собой камеру сгорания термореактора, расположенную под колосниковой решеткой 15.
Термореактор 2 снабжен дымососом 9 пиролизных газов, выполненным в виде газоотвода (например, в виде отрезка трубопровода), расположенным снаружи термореактора 2, сообщенным с одной стороны с надколосниковой зоной «А» термореактора 2, а с другой стороны - с камерой сгорания «В» термореактора 2. Назначение дымососа 9 - в отводе взрывоопасных пиролизных газов из зоны их образования (зона «А») и скопления и направление их в камеру сгорания «В» термореактора 2 для более эффективного дожига скапливающегося внизу камеры сгорания «В» топлива. Эффективный дожиг скапливающего внизу термореактора 2 топлива обеспечен за счет того, что температура пиролизных газов, образующихся вверху термореактора 2 выше, чем температура внизу термореактора 2. Кроме того, направление пиролизных газов из зоны «А» в зону «В» обеспечивает дополнительное дожигание пиролизных газов с возможностью удаления содержащихся в них примесей через устройство 7. Т.е. утилизация пиролизных газов происходит как в камере 3 дожига (и последующем оборудовании), так и в камере «В» сгорания термореактора 2, что позволяет утилизировать большее количество пиролизных газов, повышая производительность установки.
Установка содержит паровой котел 4, в котором основная часть тепловой энергии от утилизации отходов переводится в пар с характеристиками: давление пара 45 бар, температура пара 450°С, расход пара до 18 т/ч.
Также установка содержит устройство 7 утилизации пепла и вредных примесей шлака, паровую электростанцию 8. Теплообменник 5 выполнен в виде газовоздушного теплообменника. В теплообменник 5 отводится горячий воздух от парового котла 4.
Устройство 6 очистки дымовых газов выполнено в виде соединенных последовательно и сообщенных между собой циклона 10 и скруббера 11 мокрой очистки. Скруббер 11 снабжен газоотводом очищенных дымовых газов в атмосферу.
Термореактор 2, камера 3 дожига, паровой котел 4, теплообменник 5, устройство 6 очистки дымовых газов установлены на жестком каркасе 12 и жестко закреплены относительно него.
Выход 14 термореактора 2, выполненный в его подколосниковой зоне «В», сообщен со входом камеры 3 дожига. Камера 3 дожига представляет собой емкость, теплоизолированную изнутри футеровочным материалом, например, мулитокремнеземной материей. В камере 3 осуществляется удержание дымовых газов на время не менее 3 секунд. Удержание газа необходимо для «термической закалки» дымовых газов, которая выражается в техническом эффекте - не восстановления сложных молекул после термической деструкции при выбросе дымовых газов из дымовой трубы. Габариты камеры дожига, обеспечивающие удержание дымовых газов в течение времени 3-5 сек определяются соотношением V = t⋅Х , где V - объем вихревой камеры, м3, t - время выдержки горячих газов, составляющее 3-5 сек, Х - расход горячего газа через вихревую камеру, м3/сек.
Выход камеры 3 дожига сообщен со входом парового котла. В паровом котле 4 осуществляется охлаждение дымовых газов до температур порядка 500°С за счет контакта воды с температурой порядка 15°С с горячими дымовыми газами, поступившими из камеры 3 дожига. Паровой котел обеспечивает охлаждение дымовых газов за время не более 0,6 сек, при этом дымовые газы нагревают воду в паровом котле с образованием пара.
Первый выход парового котла 4 сообщен со входом газовоздушного теплообменника 5, в котором происходит последующее охлаждение дымовых газов до температур не более 90°С. Второй выход парового котла 4 сообщен с паровой электростанцией 8 посредством трубопровода или отрезка трубопровода для преобразования энергии пара в электрическую энергию для потребителей. Потребителями электрической энергии заявляемой установки могут служить, например, котельная, система отопления производственных или жилых помещений, технологические тепловые потребители.
Паровая электростанция 8 также установлена на каркасе 12 и жестко соединена с ним.
Первый выход теплообменника 5 сообщен со входом циклона 10, сообщенного со скруббером 11. Циклон 10 и скруббер 11 представляют собой устройство очистки дымовых газов. Циклон 10 представляет собой воздухоочиститель, предназначенный для очистки дымовых газов от взвешенных частиц. Принцип очистки может быть инерционный (с использованием центробежной силы), или гравитационный. Например, можно использовать центробежный циклон СК-ЦН-24(34М) ООО «Воронежский вентилятор». В циклоне 10 дымовые газы отделяют наиболее крупные взвешенные частицы примесей. В скруббере мокрой очистки происходит доочистка дымовых газов. Наличие в заявляемой установке одновременно и циклона и скруббера обеспечивает наиболее полное удаление из дымовых газов всех взвешенных частиц примесей. В качестве скруббера может быть использован скруббер «Вентури СВ-КК» ООО «Факел».
Выход скруббера 11 сообщен посредством трубопроводов или отрезков трубопроводов с устройством утилизации вредных примесей шлака и пепла для транспортировки из скруббера осажденных частиц примесей на их утилизацию. Скруббер 11 также снабжен газоотводом для отвода очищенного газа в атмосферу.
Второй выход теплообменника 5 сообщен с зоной кипящего слоя термореактора посредством газохода (трубопровода или отрезка трубопровода) для подачи в зону наибольшего интенсивного горения топлива окислителя (воздуха), обеспечивающего интенсивное непрерывное горение топлива, которым являются утилизируемые отходы. Возможность подачи в зону интенсивного горения (в зону «Б» кипящего слоя) нагретого до температур не менее 450°С окислителя (воздух из теплообменника 5, нагреваемый в термореакторе 2) при давлении в термореакторе от 0,02÷0,08 МПа обеспечивают высокую температуру сгорания, полное термическое разложение высокомолекулярных соединений и их полное окисление, а также сгорание металлических изделий. Подача горячего воздуха из газовоздушного теплообменника 5 в термореактор 2 позволяет не только значительно улучшить процесс горения (окислитель - нагретый воздух из системы охлаждения дымовых газов, горючее - отходы, нагретые световым излучением и конвективным теплообменом в верхней надколосниковой части реактора «А» зоны пиролизных газов), но и произвести рекуперацию тепла, что, в свою очередь, повышает тепловой коэффициент полезного действия заявляемой установки как тепловой машины.
Термореактор 2 в верхней части выполнен с возможностью сообщения с устройством 1 загрузки отходов, содержащим, как правило, транспортер, например, ленточный (или шнековый, или скиповый и т.п.), шиберный питатель и бункер загрузки.
В подколосниковой зоне «В» (камера сгорания) термореактора 2 обеспечена деструкция сгорающих газов при температуре 1400±50°С и при давлении 0,02-0,08 МПа. При таких параметрах обеспечивается наиболее полная деструкция сгорающих газов.
Камера «В» сгорания термореактора 2 сообщена со вторым входом устройства 7 утилизации вредных примесей шлака и пепла для вывода в устройство 7 остатков топлива в виде шлака, пепла. Устройство 7 утилизации вредных примесей шлака и пепла содержит устройство 17 удаления шлака и пепла из камеры «В» сгорания термореактора 2 с возможностью их подачи в муфельную печь 18 для окончательного дожига и обеззараживания. В качестве муфельной печи может использоваться печь печь ЭКПС-10 компании ОАО «Смоленское СКТБ СПУ». Устройство 17 может быть выполнено в виде шнекового транспортера. Устройство 7 удаления шлака и пепла из камеры «В» сгорания термореактора 2 и муфельная печь 18 также установлены на каркасе 12 и жестко закреплены относительно него.
Над теплообменником 5 размещен воздушный вентилятор 16, предназначенный для наружного охлаждения воздушного потока от теплообменника 5 к термореактору 2, при этом вентилятор 16 жестко закреплен относительно каркаса 12. Наличие вентилятора 16 обусловлено необходимостью дополнительного охлаждения воздуха в теплообменнике и тем самым обеспечить движение воздушного потока из более холодной области (из теплообменника) в зону кипящего слоя «Б» термореактора 2 для поддержания и интенсификации процесса горения.
Термореактор 2, камера 3 дожига, паровой котел 4, теплообменник 5 и устройство 6 очистки дымовых газов сообщены между собой посредством трубопроводов или отрезков трубопроводов. Указанные трубопроводы выполняют функцию газоотводов на соответствующих участках от одного устройства к другому.
Каркас 12 с размещенным на нем термореактором 2, камерой 3 дожига, паровым котлом 4, теплообменником 5, устройством 6 очистки дымовых газов, паровой электростанцией 8 и устройством 7 утилизации вредных примесей шлака и пепла размещены в транспортном контейнере (на фигурах не показ), стенки которого представляют собой теплоизолированный корпус установки. При этом контейнер выполнен с возможностью выхода в атмосферу очищенных дымовых газов из скруббера 11. Наличие контейнера, в котором размещен каркас с установленным на нем оборудованием, позволяет исключить необходимость изоляции каждого типа установленного на нем оборудования, сократив соответствующим образом габариты установки. Размещение всех узлов установки на жестком каркасе 12, который обладает габаритами, позволяющими разместить его в стандартном транспортном контейнере, позволяет быстро организовать утилизацию значительного количества отходов за счет обеспечения одновременной работы нескольких установок (модулей). Что существенно расширяет функциональные возможности заявляемой установки (за счет вариативности количества установок - модулей, требующихся для обеспечения утилизации отходов любого объема). Упрощение конструкции и снижение габаритных размеров заявляемой установки обеспечивается за счет снижения количества функциональных узлов по сравнению с наиболее близким аналогом, за счет компактного размещения на каркасе 12.
Повышение производительности обеспечено за счет обеспечения эффективного теплового баланса в установке путем подачи горячего воздуха из теплообменника 5 в зону «Б» кипящего слоя термореактора 2. Также производительность повышена за счет утилизации пиролизных газов не только через камеру 3 дожига (и далее), но также за счет подачи части пиролизных газов в зону «В» термореактора для интенсификации процесса сгорания топлива, а также для частичной утилизации частиц примесей, содержащихся в пиролизном газе через устройство 7.
Повышение производительности по сравнению с наиболее близким аналогом составляет 8-12 %.
Заявляемая установка работает следующим образом.
Установка работает следующим образом. В верхнюю часть термореактора 2 через загрузочное устройство 1, например, ленточный транспортер, поступают твердые бытовые и/или промышленные отходы, которые принимают без сортировки как из спецмашин, так и из грузового транспорта общего назначения. Крупногабаритные металлические включения отделяют из отходов на стадии приема. Затем отходы равномерно поступают в зону «Б» кипящего слоя в области колосниковой решетки 15 термореактора 2 с температурой 900-200°С. Для обеспечения высокой эффективности обезвреживания процесс сжигания отходов осуществляют в две стадии. На первой стадии осуществляется термическая деструкция в термореакторе 2, а на второй стадии осуществляется дожиг дымовых газов в камере 3 дожига за счет поставки пиролизных газов из нижней части «В» термореактора 2. Это повышает температуру дымовых газов до 1400°С. Далее производится термическая закалка: дымовые газы удерживаются не менее 3 секунд в камере 3 дожига с температурой до 1400°С и резко охлаждаются в паровом котле 4 за время не более 0,6 секунды. Таким образом организована «термическая закалка» дымовых газов. В результате сложные молекулы, разрушенные при термической деструкции, не восстанавливаются. Одновремнно с «закалкой» дымовых газов часть пиролизных газов поступает в зону «В» для интенсификации процесса сгорания остатков топлива, а также для их последующей утилизации через устройство 7. Затем дымовые газы поступают в устройство 7 очистки дымовых газов. Процесс вытяжки дымовых газов осуществляется дымовой трубой скруббера 11. Образующийся в процессе охлаждения дымовых газов в паровом котле 4 пар поступает на паровую электростанцию 8, с которой электроэнергия передается потребителю. Другая часть дымовых газов из парового котла 4 поступает в теплообменник 5 на доохлаждение. Из теплообменника 5, охлаждаемого внешним вентилятором 16, часть дымовых газов поступает в термореактор 2 в зону «Б» кипящего слоя для интенсификации и поддержания процесса горения. Другая часть дымовых газов подается на окончательную очистку сначала в циклон 10, а затем в скруббер 11. Очищенный газ удаляется в атмосферу через дымовую трубу скруббера 11. Осажденные частицы примесей удаляются из скруббера 11 в устройство 7 утилизации вредных примесей шлака и пепла. В устройство 7 также поступают шлак и пепел из камеры сгорания «В» термореактора 2. Посредством устройства 17 удаления шлака и пепла (например посредством шнекового транспортера) скопившийся в камере «В» шлак и пепел, а также частицы примесей, поступившие из скруббера 11, удаляются из камеры «В» и окончательно дожигаются в муфельной печи 18.
Экологичность заявляемой установки повышена за счет исключения попадания в атмосферу необезвреженных дымовых газов. Безопасность заявляемой установки повышена за счет дополнительной утилизации взрывоопасных пиролизных газов путем их частичного отвода в зону «В» термореактора 2.
Габариты заявляемой установки снижены за счет исключения в необходимости изоляции каждого элемента оборудования, размещенного на каркасе 12.
Упрощение заявляемой установки обеспечено за счет сокращения количества конструктивных узлов, элементов оборудования.
На базе заявляемой установки была разработана и изготовлена опытная установка «ВИСТ.90.00.00.000».
Технические параметры газодинамического тракта в процессе работы установки «ВИСТ.90.00.00.000»:
- температура под колосниковой решеткой 10-1100±50°С;
- температура дымовых газов в скруббере 11 составляет 80±10°С;
- давление по всему газодинамическому тракту (дымовых газов) составляет 800±100 Па;
- производительность установки до 5 т/час по твердым коммунальным отходам;
- потребный расход воздуха для стехиометрического горения составляет 12896 м3/час или 4,31 кг/сек, при этом выделяемое тепло с килограмма топлива равняется 9,318 МДж/кг;
- суммарная мощность установки при производительности 5 т/час, стехиометрическом соотношении при горении и удельной теплоте сгорания 9,318 МДж/кг равняется 12,94 МВт (46590 МДж в час).
Данные параметры свидетельствуют о высоком качестве заявляемой установки с точки зрения тепловой машины: высокий КПД (коэффициент полезного действия) - около 85% (и это при утилизации отходов, а не при сжигании углеводородного топлива типа природного газа), стехиометрическое соотношение окислитель-горючее (для нашего случая 1:1,1). При этом заявляемая установка является компактной и простой в обслуживании тепловой машиной.
Расчет горения твердых коммунальных отходов в реакторе осуществлялся по источнику «Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от установок малой производительности по термической переработке твердых бытовых отходов и промотходов» (Москва, ООО "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ", 1999, УДК 502.55.(203).
В процессе утилизации приведенных отходов, состав которых приведен в таблице 1, тепловыделение на 1 кг топлива составляло 8,316-9,318 МДж/кг. При этом расход воздуха составил 2,579 м3/кг.
Производительность установки составила до 5 т/час, при этом потребный расход воздуха составил 12896 м3/час, плотность воздуха при н.у. составил 1,2041 кг/м3, массовый расход воздуха необходимый для полного сжигания топлива при стехиометрическом соотношении с альфа = 1 составил 4,31 кг/сек.
Для подтверждения работоспособности и эффективности заявляемой установки на ней осуществляли сжигание мусора, собранного в Москве и Московской области с компонентным содержанием, приведенным в таблице 1.
| Таблица 1 «Содержание твердых коммунальных отходов в Москве и Московской области»: | ||||||||
| Компоненты ТБО | % от массы | Углерод, CpI | Водород, HpI | Кислород, OpI | Азот, NpI | Сера, SpI | Зола, ΛpI | Влажность, WpI |
| Пищевые отходы | 32 | 3.84 | 0.576 | 2.56 | 0.304 | 0.048 | 1.44 | 23.04 |
| Бумага и картон | 27 | 7.479 | 0.999 | 7.101 | 0.0432 | 0.0378 | 4.05 | 6.75 |
| Полимеры | 8 | 4.408 | 0.608 | 1.4 | 0.072 | 0.024 | 0.848 | 0.64 |
| Стекло | 5 | - | - | - | - | - | 5 | - |
| Черные металлы | 3 | - | - | - | - | - | 3 | - |
| Цветные металлы | 0.5 | - | - | - | - | - | 0.5 | - |
| Текстиль | 5 | 2.02 | 0.245 | 1.16 | 0.17 | 0.005 | 0.4 | 1 |
| Дерево | 3 | 1.215 | 0.144 | 1.014 | 0.003 | - | 0.024 | 0.6 |
| Кости | 1 | 0.65 | 0.05 | 0.126 | 0.002 | 0.0067 | 0.116 | 0.05 |
| Кожа и резина | 3 | 1.95 | 0.15 | 0.378 | 0.006 | 0.0201 | 0.348 | 0.15 |
| Камни и мелкий строительный мусор | 0.5 | - | - | - | - | - | 0.5 | - |
| Опасные отходы | 0.5 | - | - | - | - | - | 0.5 | - |
| Другие | 8 | 3.76 | 0.424 | 2.216 | 0.008 | 0.016 | 0.936 | 0.64 |
| Строительные отходы | 3.5 | - | - | - | - | - | 3.5 | - |
| Суммарные значения | 100 | 25.322 | 3.196 | 15.955 | 0.608 | 0.158 | 21.162 | 32.87 |
Результаты испытаний по измерению концентрации загрязняющих веществ на рассматриваемой Установке ««ВИСТ.90.00.00.000»» по восьми различным отходам приведены в таблице 2.
| Таблица 2 « Результаты измерений концентрации загрязняющих веществ»: | ||||||
| № | Отходы | Наименование определяемого показателя | Массовая концентрация загрязняющего вещества, мг/м3 | Объемный расход, м3/с | Массовая концентрация водяных паров, г/м3 | Массовый выброс загрязняющего вещества, г/с |
| 1 | Утилизация шлама угольной обогатительной фабрики, влажность 70% | Сумма оксидов азота | 108±15 | 0,38 | 0,24 | 44,9 |
| Азота оксид | 70±10 | |||||
| Азота диоксид | Менее 10 | |||||
| Углерод оксид | 63±12 | |||||
| Сера диоксид | 54±25 | |||||
| 2 | Утилизация почва-грунта, загрязненного углеводородами до 7% | Сумма оксидов азота | 82±15 | 0,38 | 0,24 | 44,9 |
| Азота оксид | 54±10 | |||||
| Азота диоксид | Менее 10 | |||||
| Углерод оксид | 61±12 | |||||
| Сера диоксид | 49±25 | |||||
| 3 | Утилизация автошин | Сумма оксидов азота | 123±15 | 0,38 | 0,4 | 44,9 |
| Азота оксид | 80±10 | |||||
| Азота диоксид | Менее 10 | |||||
| Углерод оксид | 95±12 | |||||
| Сера диоксид | 72±25 | |||||
| 4 | Утилизация твердых бытовых отходов | Сумма оксидов азота | 67±15 | 0,38 | 0,24 | 44,9 |
| Азота оксид | 44±10 | |||||
| Азота диоксид | Менее 10 | |||||
| Углерод оксид | 93±12 | |||||
| Сера диоксид | 45±25 | |||||
| Пыль (взвешенные твердые частицы) | 104±12 | |||||
| Сажа (углерод) | 7,6±1,3 | |||||
| Бенз(а)пирен | 0,000210±0,0000530 | |||||
| Фтористый водород | 0,75±0,19 | |||||
| Хлористый водород | 0,31±0,08 | |||||
| Формальдегид | 0,07±0,02 | |||||
| Углеводороды С12-С19 | 1,12±0,28 | |||||
| 5 | Утилизация медицинских отходов | Сумма оксидов азота | 70±15 | 0,38 | 0,24 | 44,9 |
| Азота оксид | 47±10 | |||||
| Азота диоксид | Менее 10 | |||||
| Углерод оксид | 81±12 | |||||
| Сера диоксид | 34±25 | |||||
| 6 | Утилизация почва-грунт с влажность 80% | Сумма оксидов азота | 65±15 | 0,38 | 0,24 | 44,9 |
| Азота оксид | 38±10 | |||||
| Азота диоксид | Менее 10 | |||||
| Углерод оксид | 79±12 | |||||
| Сера диоксид | 28±25 | |||||
| 7 | Утилизация мокрой щепы | Сумма оксидов азота | 72±15 | 0,38 | 0,24 | 44,9 |
| Азота оксид | 46±10 | |||||
| Азота диоксид | Менее 10 | |||||
| Углерод оксид | 83±12 | |||||
| Сера диоксид | 39±25 | |||||
| 8 | Утилизация свежего куриного помета | Сумма оксидов азота | 118±15 | 0,38 | 0,24 | 44,9 |
| Азота оксид | 72±10 | |||||
| Азота диоксид | Менее 10 | |||||
| Углерод оксид | 93±12 | |||||
| Сера диоксид | 37±25 |
Из таблицы 2 следует, что полученные характеристики по выбросам значительно ниже требований гигиенических нормативов ГН 2.1.6.3492-17 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений".
Технические характеристики «Установки утилизации отходов ВИСТ.90.00.00.000» приведены в таблице 3.
| Таблица 3 «Технические характеристики «Установки утилизации отходов ВИСТ.90.00.00.000»: | ||
| № | Наименование показателя | Значение показателя |
| 1 | Режим работы | Постоянный, с периодическим обслуживанием |
| 2 | Степень уничтожения (переработки), %, не менее | 99 |
| 3 | Тепловая мощность, МВт/час, не менее | 10 |
| Генерация элетроэнергии, не более МВт (в зависимости от мощности паровой электроустановки)* | 2,5 | |
| 4 | Габаритные размеры КМУО из 9 двадцатифутовых контейнеров, мм (ширина, длина, высота) |
4800 х12000 х10200 |
| 5 | Масса конструктивная, кг, не более | 42 000 |
| 6 | Параметры сети | |
| номинальное напряжение, В | 220/380 | |
| Частота, Гц | 50-60 | |
| 7 | КПД, %, не ниже | 65 |
| 8 | Рабочее давление в реакторе, МПа (кгс/см2) | |
| - номинальное | 0,002(0,02) | |
| - максимальное | 0,005(0,05) | |
| 9 | Время выхода на рабочий режим, минут, не более | 60 |
| 10 | Время непрерывной работы до капитального ремонта, час, не менее | 40 000 |
| 11 | Максимальная потребляемая мощность, кВт | 130 |
| 12 | Установленная мощность, кВт | 90 |
| 13 | Обслуживающий персонал, чел./смену | 2 |
| 14 | Максимальная температура дымовых газов, °С | 1300 |
| 15 | Степень опасности перерабатываемых отходов | 2-5 классов ГОСТ 12.1.007 |
| 16 | Виды отходов | Промышленные и бытовые отходы |
| 17 | Наибольшая допустимая влажность сырья, % | 100 |
| 18 | Требования к предварительной сортировке отходов | 1. Удаление металлов и строительного мусора 2. Создание однородной массы с использованием шредерной установки |
| 19 | Генерируемая электрическая энергия, кВт в час | От 500 до 1000 |
| 20 | Передача тепловой энергии (теплоноситель вода: Т=1150°С, Р=5 бар), МВт в час | До 8 |
| *Ограничение по типу и конструктиву (контейнерного или цехового исполнения) паровой электроустановки в соответствии с ТУ 28.99.39-001-90914034-2019. |
1. Установка для утилизации отходов, содержащая термореактор с колосниковой решеткой, камеру дожига, теплообменник, устройство очистки дымовых газов, отличающаяся тем, что термореактор функционально разделен на три зоны – надколосниковую зону, расположенную в верхней части термореактора, в которой образуются пиролизные газы, зону кипящего слоя около колосниковой решетки и подколосниковую зону под колосниковой решеткой, при этом подколосниковая зона представляет собой камеру сгорания термореактора, при этом термореактор снабжен дымососом пиролизных газов, выполненным в виде газоотвода, расположенным снаружи термореактора, сообщенным с одной стороны с надколосниковой зоной термореактора, а с другой стороны – с камерой сгорания термореактора, установка содержит паровой котел, устройство утилизации пепла и вредных примесей шлака, паровую электростанцию, теплообменник выполнен в виде газовоздушного теплообменника, устройство очистки дымовых газов выполнено в виде соединенных последовательно и сообщенных между собой циклона и скруббера мокрой очистки, снабженного газоотводом очищенных дымовых газов в атмосферу, термореактор, камера дожига, паровой котел, теплообменник, устройство очистки дымовых газов установлены на жестком каркасе и жестко закреплены относительно него, выход термореактора, выполненный в его подколосниковой зоне, сообщен с входом камеры дожига, выход которой сообщен с входом парового котла, первый выход которого сообщен с входом теплообменника, первый выход теплообменника сообщен со входом циклона, сообщенного со скруббером, выход скруббера сообщен с устройством утилизации вредных примесей шлака и пепла, второй выход теплообменника сообщен с зоной кипящего слоя термореактора, термореактор в верхней части выполнен с возможностью сообщения с устройством загрузки отходов, в подколосниковой зоне термореактора обеспечена деструкция сгорающих газов при температуре 1400±50°С и при давлении 0,02-0,08 МПа, габариты камеры дожига заданы из соотношения:
V = t⋅Х, где
V – объем вихревой камеры, м3,
t – время выдержки горячих газов, составляющее 3-5 сек,
Х – расход горячего газа через вихревую камеру, м3/сек,
камера сгорания термореактора, расположенная под колосниковой решеткой, сообщена со вторым входом устройства утилизации вредных примесей шлака и пепла, второй выход парового котла сообщен с паровой электростанцией, установленной на каркасе и жестко соединенной с ним, над теплообменником размещен воздушный вентилятор, предназначенный для наружного охлаждения воздушного потока от теплообменника к термореактору, вентилятор жестко закреплен относительно каркаса.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что скруббер снабжен газоотводом для отвода газа в атмосферу.
3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что термореактор, камера дожига, паровой котел, теплообменник и устройство очистки дымовых газов сообщены между собой посредством трубопроводов или отрезков трубопроводов.
4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что скруббер и камера сгорания термореактора сообщены между собой посредством трубопроводов или отрезков трубопроводов.
5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что второй выход парового котла сообщен с паровой электростанцией посредством трубопровода или отрезка трубопровода.
6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что каркас с размещенным на нем термореактором, камерой дожига, паровым котлом, теплообменником, устройством очистки дымовых газов, паровой электростанцией и устройством утилизации пепла и вредных примесей шлака размещены в транспортном контейнере, стенки которого представляют собой теплоизолированный корпус установки, при этом контейнер выполнен с возможностью выхода в атмосферу очищенных дымовых газов из скруббера.
7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство утилизации вредных примесей шлака и пепла содержит устройство удаления шлака и пепла из камеры сгорания термореактора с возможностью их подачи в муфельную печь.
8. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что устройство удаления шлака и пепла из камеры сгорания термореактора выполнено в виде шнекового транспортера.
9. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что устройство удаления шлака и пепла из камеры сгорания термореактора и муфельная печь установлены на каркасе и жестко закреплены относительно него.
