Энергетический комплекс по переработке и утилизации твердых бытовых и промышленных отходов
Энергетический комплекс по переработке твердых бытовых и промышленных отходов состоит в основном из двигателя внутреннего сгорания и установки быстрого пиролиза, в которой тепловая энергия от твердой плиты реактора быстрого пиролиза к твердым отходам происходит по абляционному способу, имеющему преимущества по компактности установки и небольшой стоимости, отличающийся тем, что к твердой плите реактора быстрого пиролиза дополнительно подводится тепло выхлопных газов двигателя, причем предусматриваются варианты подогрева выхлопных газов до температур 700-950 град.С и перепуска части выхлопных газов в надплиточную камеру реактора. В результате подачу сырья в реактор ускоряют и количество синтетического газа на выходе из реактора в единицу времени увеличивается. Как следствие увеличивается мощность вырабатываемой двигателем электроэнергии.
Полезная модель относится к области экологии и энергетики.
Она может быть применена для утилизации органических твердых бытовых и промышленных отходов с получением при этом газового топлива, которое в этом же комплексе генерируется в электрическую и тепловую энергию, готовую для прямого использования в электрических и тепловых сетях.
Известны способы и установки утилизации бытовых отходов путем захоронения их в землю [1].
В этом случае выводятся из полезного оборота на долгое время большие площади земли, которая экологически заражается.
Известны так же установки огневой переработки отходов [2].
При этом, в результате высоких температур в огневых камерах, превышающих 1000 град. С., образуются очень вредные химические соединения, которые загрязняют атмосферу. Очистка этих газов очень сложная и дорогая операция. Кроме того, для сжигания отходов требуется много тепловой энергии.
Известны установки, в которых путем термохимического процесса получаются продукты близкие по химсоставу к минеральным удобрениям и к пищевым добавкам для скота[3]. Однако, степень их загрязненности, как вторичных продуктов, настолько высока, что они не пользуются спросом у потребителей.
В качестве прототипа принимаем способ переработки углеродосодержащих веществ [4, 5], таких как древесные отходы, подвергающихся быстрому пиролизу в реакторе без доступа кислорода, в котором тепловая энергия от твердой предварительно нагретой плиты реактора к твердым подсушенным отходам передается по абляционному способу, то есть посредством твердое тело-твердое тело.
Достоинством этого способа является компактность получаемой установки и ее небольшая стоимость.
Недостатком прототипа, как и в целом абляционного способа, является ограниченная производительность установки.
Целью предлагаемой модели является повышение производительности энергетической установки при сохранении компактности и малой стоимости..
Эта цель достигается тем, что к плите реактора подводится дополнительное тепло выхлопных газов и на плиту, где происходит основное выделение тепла за счет энтропийных взрывов и экзотермического процесса в безкислородной среде, подается большее количество сырья, а следовательно больше вырабатывается синтетического газа.
В результате производительность энергетического комплекса увеличивается.
Дальнейшее повышение производительности достигается тем, что выхлопные газы, имеющие среднюю температуру в пределах 500 град.С, подогреваются перед входом в пиролизный реактор до температуры 700-950 град.С.
Кроме того, повышение производительности энергетического комплекса достигается тем, что часть выхлопных газов подается в надплиточную камеру пиролизного реактора, где за счет высокой температуры выхлопного газа происходит предварительная деструкция твердых отходов с выделением дополнительного тепла.
На Рис.1 представлена структурная схема предлагаемого энергетического комплекса.
Он состоит из двигателя внутреннего сгорания 1 с системой выхлопных газов 2, электрогенератора 3, реактора быстрого пиролиза 4 с плитой 5, газовой пусковой горелки 6, блока подогрева выхлопных газов 7, водяного конденсатора 8, блока ректификации 9, загрузочного бункера 10, расходного резервуара 11, сушильной камеры 12, заслонок 13 и 14 и винтовых питателей 15.
Работает энергетический комплекс следующим образом.
После предварительной подготовки сырья, включающей в себя сортировку и измельчение, оно проходит из бункера 10 в сушильную камеру 12 и подходит к винтовым питателям 15.
При помощи газовой горелки 6 разогревается пиролизный реактор и его плита 5 до выбранного уровня температуры. Затем включаются винтовые питатели 15 и сырье подается в реактор и на его плиту 5. За счет быстрого разогрева сырья в отсутствии кислорода на плите происходят энтропийные взрывы и экзотермический процесс.
То есть осуществляется абляционный способ передачи тепловой энергии от твердого тела - нагретой плиты реактора, к твердому телу-сырью.
На выходе из пиролизного реактора начинает образовывться низкокалорийный пиролизный газ, а после прохождения его через конденсатор 8 и блок ректификации 9 образуется синтетический газ с повышенной теплотворной способностью, который собирается в расходный резервуар 11.
На этом синтетическом газе запускается в работу двигатель внутреннего сгорания 1.
После прогрева двигателя внутреннего сгорания 1 до температуры выхлопных газов более 450 град.С.включается подача выхлопных газов в реактор быстрого пиролиза, а пусковая горелка отключается. Поверхность плиты реактора со слоем на ней сырья прогревается более интенсивно и сырья можно подавать больше, увеличивая тем самым производительность энергетического комплекса.
В случае недостаточности нагрузки на двигатель внутреннего сгорания, когда температура выхлопных газов не достигает уровня 450 град.С, или при необходимости еще более поднять производительность энергетического комплекса, выхлопной газ перед входом в реактор подогревается в блоке 11 до температур 700-950 град.С.
Предусмотрен вариант дальнейшего повышения производительности за счет того, что часть выхлопного газа подается в надплиточную камеру реактора быстрого пиролиз 4, где за счет теплоты выхлопного газа происходит предварительная деструкция твердых отходов, еще не дошедших до плиты. При этом абляционный способ сохраняется, но подача тепловой энергии осуществляется комбинированно, то есть посредством твердое тело плиты - твердое тело сырья и выхлопной газ - твердое тело сырья.
Таким образом, предлагаемая полезная модель, используя преимущество применения установки быстрого пиролиза с передачей тепловой энергии по абляционному способу, выражаемое в малых габаритах и низкой стоимости, путем дополнения ее подачей в реактор быстрого пиролиза выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, повышает производительность энергетического комплекса, устраняя в этой части недостаток присущий абляционному способу.
Источники информации:
1.Размещение промышленных отходов в подземных хранилищах. Зильбельшмидт И.Г. и др., Пермь, ПГТУ, 1995.
2. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов., М, Химия, 1990.
3. Переработка отходов производства и потребления, Бобович Б.Б., Девяткин В.В., Изд-во Интерне Инжиниринг, 2000.
4. Способ переработки торфа. Патент на изобретение NS2259385 от 11.02.2004 г., Котельников В.А., Подзоров А.И.
5. Применение технологии быстрого пиролиза для утилизации бытовых и промышленных отходов. http//mnpc2020.ru/tag/bystryj-piroliz-superte-xnologiya-xxi-veka//
1. Энергетический комплекс по переработке твердых бытовых и промышленных отходов с выработкой электричества и тепла, содержащий двигатель внутреннего сгорания, установку быстрого пиролиза, в которой тепловая энергия от твердой плиты реактора быстрого пиролиза к твердым отходам происходит по абляционному способу, отличающийся тем, что к твердой плите реактора быстрого пиролиза дополнительно подводится тепло выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, в которых отсутствует кислород.
2. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что выхлопные газы перед входом в реактор быстрого пиролиза подогреваются до температур 700-950ºС.
3. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что часть выхлопных газов подается в надплиточную камеру реактора быстрого пиролиза, где за счет высоких температур выхлопного газа происходит предварительная деструкция твердых отходов, до момента попадания их на плиту реактора быстрого пиролиза.
