Комплекс для переработки биомассы
Полезная модель относится к области оборудования для переработки отходов, имеющих высокую влажность, например, осадков сточных вод, ила, навоза, и получения из них сырья для производства продукции, собственно продукции, различных видов топлива.
Комплекс для переработки биомассы содержит обезвоживатель биомассы, сушилку, генератор газов с зольником, газовый выход которого связан с устройством очистки и охлаждения газа, а также транспортирующие средства для перемещения перерабатываемой биомассы и полученных из нее продуктов. Комплекс снабжен теплогенератором, как минимум одним дополнительным обезвоживателем, устройство гранулирования или брикетирования высушенной биомассы, обезвоживатели последовательно соединены друг с другом, теплообменник подведен к выходу второго обезвоживателя и подсоединен к теплогенератору для циркуляции теплоносителя через газообменник, выход которого подведен к сушилке, связанной с газовым выходом теплогенератора трубопроводом, в котором установлен смеситель, обратным каналом связанный с газоотводом сушилки, выход которой связан с устройством гранулирования или брикетирования высушенного продукта, связанного с газовым генератором, газовый выход которого через устройство очистки и охлаждения имеет возможность соединения с генератором электрического тока и/или с теплогенератором. 4 з. п.ф-лы, 1 илл.
Полезная модель относится к области оборудования для переработки отходов, имеющих высокую влажность, например, осадков сточных вод, ила, навоза и получения из них сырья для производства продукции, собственно продукции, различных видов топлива.
В настоящее время довольно остро стоит проблема переработки (утилизации) продуктов жизнедеятельности человека и животных. Отходы перерабатывают с получением из них удобрений (пат РФ №№2210550, 2264998, 2299872, 2316523), топлива (РФ №2154666) или просто сжигают.
Весьма сложной проблемой является переработка продуктов жизнедеятельности, представляющих собой биомассу с большим количеством компонентов и имеющую высокую влажность (до 85%), которая характерна для осадков сточных вод или навоза.
Известна установка обработки осадков сточных вод, при работе которой вода из первичных отстойников попадает в аэротенк, после чего осветленная вода с илом подается в распределительную чашу активного ила и далее - во вторичный отстойник. Из вторичного отстойника очищенная вода подается в водоем, а ил поступает в распределитель, где разделяется на потоки: первый поток (активный ил) по возвратному трубопроводу возвращают в аэротенк; второй поток подается в аэротенк-стабилизатор; третий поток поступает в уплотнитель, после чего уплотненный ил поступает в метантенк, куда одновременно подается сырой осадок из первичных отстойников. Сброженные осадки поступают в промывной резервуар, где промываются технической водой. Промытый осадок подается в уплотнитель, после чего на сгуститель и далее - на фильтр-пресс.
(см. патент РФ №2232135, кл. C02F 11/00, 2004 г.).
В результате анализа выполнения данной установки необходимо отметить, что она практически не осуществляет переработку продукта, а лишь обеспечивает выделение однородного осадка и удаление из него только 12-15% воды. Таким образом, известная установка характеризуется весьма ограниченными технологическими возможностями.
Известна система переработки осадка сточных вод, содержащая блок обезвоживания осадка, связанный с блоком сушки и сжигания обезвоженного осадка, первый выход которого соединен с блоком удаления золы из уходящих газов и последовательно соединенным с ним блоком очистки дымовых газов.
Второй выход блока сушки и сжигания подсоединен к коллектору пара, один выход которого подведен к узлу утилизации пара для отопления помещений, а другой - к узлу отбора пара.
Блок удаления золы из уходящих газов связан с узлом накопления золы, включающим загрузочный бункер, выходом связанный с шаровой мельницей, выход которой подведен к шлам-бассейну.
Система также содержит модуль хранения сырьевых компонентов (цемент, известь, песок, вода, пенообразователь). Выходы емкостей с сырьевыми компонентами связаны с дозатором, к которому подведено транспортирующее средство от шлам-бассейна. Выход дозатора также связан с пеногенератором, который в свою очередь соединен с автоклавом, куда от коллектора подается пар. Выход автоклава связан с хранилищем готовой золопродукции.
В процессе работы системы осадок обезвоживается и подается в блок сушки и сжигания. В процессе сжигания образующийся пар используют для отопления помещений и подают в автоклав. При сжигании обезвоженного осадка дымовые газы очищаются и удаляются в атмосферу, а зола частично отводится к месту ее накопления, а частично подается в узел обработки золы. В данном узле получают гомогенную смесь золы с водой, которая подается в дозатор, куда также подают в заданных соотношениях сырьевые компоненты,
добавки и пар. Полученную золопенобетонную смесь используют для приготовления изделий, которые подвергают обработке в автоклаве.
(см. патент РФ №2309129, кл. C02F 11/18, 2007 г.).
В результате анализа выполнения известной системы необходимо отметить, что она, как и заявленная, предполагает удаление влаги из массы (сушку), сжигание высушенного осадка с использованием получаемого пара для обеспечения функционирования узлов и агрегатов системы, и использование твердого остатка сжигания осадка - золы, которую собирают в бункер, измельчают и направляют в модуль изготовления изделий из автоклавного золопенобетона. Как правило, это строительные блоки.
Однако функционирование данной системы связано со значительными энергозатратами. Это обусловлено тем, что в блоке сжигания осуществляют сжигание осадка, содержащего значительное количество влаги, не удаленной на стадии обезвоживания продукта, что значительно увеличивает энергоемкость процесса сжигания продукта.
Кроме того, выполнение данной системы не предполагает использования дымовых газов, которые после очистки от золы выбрасывают в атмосферу.
Таким образом, данная система хотя и обеспечивает переработку осадка сточных вод путем его сжигания, получения золы и использования ее в качестве компонента для производства изделий золопенобетона, которые используются в строительстве, однако ее выполнение нельзя назвать оптимальным.
Известен комплекс переработки органосодержащего илистого осадка сточных вод, содержащий оснащенную расположенными в несколько ярусов дренами площадку для подачи подлежащего переработке сырья. Комплекс также содержит шнековый пресс, связанный транспортером с площадкой. Шнековый пресс предназначен для обезвоживания осадка и получения из него гранул или брикетов. Выход шнекового пресса связан с сушильной камерой. Сушильная камера транспортером связана с загрузочным бункером пиролизной установки, оснащенной кольцевой печью, форкамерой с газовой
инжекционной горелкой и мазутной инжекционной горелкой, а также блоком выгрузки.
Парогазовый выход пиролизной установки связан с циклоном. Комплекс также содержит последовательно соединенные холодильник, скруббер, фильтр-каплеуловитель. Выход циклона связан со входом холодильника. Жидкая фракция из холодильника, скруббера и фильтра отводится в отстойник, из которого мазут отводят в емкость. Газовый выход фильтра-каплеуловителя соединен с газовой инжекционной горелкой.
В процессе работы комплекса влажный илистый осадок влажностью 80-90% располагают на площадке, откуда частично обезвоженную массу подают в шнековый пресс, где осуществляется ее дальнейшее обезвоживание. При пропускании массы через формовочные отверстия на выходе шнекового пресса формируются гранулы или брикеты, которые высушиваются в сушилке. Высушенное сырье подается в пиролизную установку. Полученный в процессе пиролиза газ подают к горелке пиролизной установки. Зольные продукты пиролиза и кокс удаляются через золоотвод в емкость-накопитель. Твердый остаток процесса пиролиза в дальнейшем может быть использован в металлургии, водоподготовке, для получения удобрений и/или строительных материалов. Из парогазовой смеси конденсируют высокомолекулярные углеводороды и получают топливную жидкость.
(см. патент РФ №2239620, кл. C05F 7/00, 2004 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения известного комплекса необходимо отметить, что он, как и заявленный, обеспечивает переработку илистых осадков с высоким содержанием влаги (до 90%). При функционировании данного комплекса подлежащее переработке сырье предварительно обезвоживают на площадке, а затем на шнековом прессе формуют гранулы или брикеты, которые окончательно высушивают в сушильной камере.
Полученные гранулы (брикеты) утилизируют в пиролизной установке, в результате чего получают, как и в заявленном комплексе, горючий газ, жидкое топливо и зольный остаток.
Однако выполнение данного комплекса не позволяет получать электрическую энергию из газового компонента переработки осадка. Кроме того, конструкция известного комплекса весьма энергоемка, так как предусматривает сушку не мелкодисперсионного ила, а гранул или брикетов, что требует гораздо более высоких затрат тепла.
Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является разработка комплекса для переработки биомассы с большим содержанием воды, малоэнергоемкого, обеспечивающего практически безотходную переработку биомассы различного состава и содержания влаги, с получением на выходе электрической энергии, тепла и золы.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в комплексе для переработки биомассы, содержащем обезвоживатель биомассы, сушилку, генератор газов, зольник, газовый выход генератора связан с устройством очистки и охлаждения газа, а также транспортирующие средства для перемещения перерабатываемой биомассы и полученных из нее продуктов, новым является то, что комплекс снабжен теплогенератором, как минимум одним дополнительным обезвоживателем, устройство гранулирования или брикетирования высушенной биомассы, обезвоживатели последовательно соединены друг с другом, теплообменник подведен к выходу второго обезвоживателя и подсоединен к теплогенератору для циркуляции теплоносителя через теплообменник, выход которого подведен к сушилке, связанной с газовым выходом теплогенератора трубопроводом, в котором установлен смеситель, обратным каналом связанный с газоотводом сушилки, выход которой связан с устройством гранулирования или брикетирования высушенного продукта, связанного с газовым генератором, газовый выход которого через устройство очистки и охлаждения имеет возможность соединения с генератором электрического тока и/или с теплогенератором, при этом комплекс может быть снабжен смесителем, выход которого соединен со входом первого обезвоживателя, а к входу подведены транспортеры для загрузки биомассы и структуризатора, и третьим обезвоживателем, установленным между теплообменником и сушилкой, а второй и третий
обезвоживатели могут быть выполнены вакуумного типа, при этом второй и третий обезвоживатели могут быть соединены друг с другом паропроводом.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленной полезной модели, а следовательно, она соответствует условию охраноспособности «новизна».
Конструкция узлов и агрегатов, используемых в комплексе, является известной, она не составляет предмета патентной охраны и поэтому в материалах настоящей заявки не раскрыта. Для решения поставленной задачи для каждого узла и агрегата комплекса могут быть примерно с одинаковым эффектом использованы несколько известных узлов и агрегатов, наиболее предпочтительные исполнения некоторых из которых будут указаны в материалах данной заявки.
Под связями в настоящей заявке следует понимать транспортеры, трубопроводы, конвейеры и пр. Конкретный выбор связи для объединения узлов и агрегатов в комплекс определяется состоянием и условиями транспортировки продукта и не представляет сложностей для специалистов.
Технологические режимы переработки продукта являются характерными для каждого конкретного агрегата комплекса и могут уточняться в зависимости от конкретных характеристик продукта, но не выходят за пределы общепринятых.
Таким образом, изложенных в материалах заявки сведений вполне достаточно для практического осуществления полезной модели специалистами.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема комплекса.
Комплекс для переработки биомассы в самом общем исполнении содержит смеситель 1, на вход которого посредством транспортера 2 подается подлежащая переработке биомасса. Биомасса может находиться в емкости, на площадке, подаваться из отстойников.
Место нахождения биомассы обозначено позицией 3. К входу смесителя также может быть подведен транспортер 4 для подачи в смеситель структуризатора.
Выход смесителя 1 посредством шнекового транспортера 5 соединен со входом первого обезвоживателя 6. В качестве обезвоживателя наиболее целесообразно использовать обезвоживатель со шнековым прессом и размещенным на его корпусе вибратором. Конструкции таких обезвоживателей известны. В обезвоживателе имеется отводной патрубок 7 (для отвода отделенной воды). Выход обезвоживателя 6 транспортирующим средством 8 связан со вторым обезвоживателем 9. В качестве второго обезвоживателя наиболее целесообразно использовать обезвоживатель вакуумного типа. Данный обезвоживатель имеет отводную трубу 10 для отвода выделенной из продукта воды.
Выход второго обезвоживателя 9 транспортером (позицией не обозначен) связан с входом теплообменника 11. Теплообменник 11 выполнен известным образом. Так, например, он может быть выполнен в виде двух расположенных одна в другой труб, по внутренней из которых перемещают продукт, а в пространстве между трубами осуществляют циркуляцию теплоносителя. Для нагрева теплоносителя используют теплогенератор (например, колосниковую топку) 12, системой трубопроводов связанный с пространством между трубами теплообменника 11. Выход теплообменника 11 связан с третьим обезвоживателем 13 вакуумного типа, который паропроводом 14 связан со вторым обезвоживателем 9. Выход третьего обезвоживателя связан со входом сушилки 15. Внутреннее пространство сушилки связано трубопроводом 16 с газовым выходом теплогенератора 12. Газовый выход сушилки 15 через золоуловитель 17 связан с вытяжной трубой (позицией не обозначена). Газовый выход сушилки 15 трубопроводом 18 связан со смесителем 19, установленным на трубопроводе 16. Сушилка 15 связана с установкой брикетирования 20 высушенного продукта. Выход установки 20 транспортером (позицией не обозначен) связан с генератором газа 21. Газовый выход генератора газа связан с устройством 22 очистки и
охлаждения полученного газа. Данное устройство выполнено известным образом и нет необходимости в подробном описании его конструкции. После очистки и охлаждения полученный газ может быть отправлен потребителю, подан в теплогенератор 12 на сжигание и/или подан к газопоршневому двигателю с электрогенератором 23 для выработки электрического тока. Выход зольного остатка генератора газа 21 связан с золосборником 24.
Комплекс для переработки биомассы работает следующим образом.
При функционировании комплекса обводненная биомасса, например, осадок от очистки сточных вод влажностью 50-85% транспортером 2 подается в смеситель 1 с места 3 нахождения осадка. Транспортером 4 в смеситель подается второй компонент - структуризатор, который имеет влажность 10-40% и гранулометрический состав с размерами частиц не более 20 мм. Структуризатор выполняет две функции: находясь в смеси с влажной биомассой, он при продвижении смеси шнеком в обезвоживателе концентрируется у внутренней поверхности его корпуса и при этом служит обновляемым фильтром для пропуска воды из биомассы через отверстия за пределы корпуса обезвоживателя; увеличение энергонесущей массы в обезвоженном продукте.
По окончании перемешивания компонентов, загруженных в смеситель 1, масса шнековым транспортером 5 подается в обезвоживатель 6. В обезвоживателе 6 за счет давления, создаваемого шнеком обезвоживателя и вибрацией вибратора, смонтированного на корпусе обезвоживателя, из смеси удаляется большая часть воды, которая отводится через патрубок 7. Частично обезвоженный продукт транспортером 8 подается в вакуумный обезвоживатель 9. Выделенная из продукта вода сбрасывается через трубу 10, а продукт транспортером подается в теплообменник 11.
Циркулирующий по теплообменнику теплоноситель, вырабатываемый теплогенератором 12, нагревает продукт, который поступает в вакуумный обезвоживатель 13. Из нагретого продукта в обезвоживателе 13 влага интенсивно испаряется и пар по паропроводу 14 подается в вакуумный обезвоживатель 9 для нагрева находящегося в нем продукта. Обезвоженный
продукт из вакуумного обезвоживателя 13 поступает в сушилку 15. Работа сушилки основана на подаче по трубопроводу 16 дымовых газов из теплогенератора 12, которыми осушают перемещающийся внутри сушилки продукт. Часть дымовых газов проходит через золоулавливатель 17 и через вытяжную трубу выбрасывается в атмосферу, а другая часть дымовых газов по трубопроводу 18 подается в смеситель 19 для снижения температуры дымовых газов, поступающих из теплогенератора 12 в сушилку. Высушенный продукт из сушилки подается к установке брикетирования 20, откуда отформованные брикеты подаются либо в генератор газов 21, либо отправляются потребителю.
В генераторе газов осуществляется газификация брикетов, в результате которой получают два продукта: генераторный газ и золу. Генераторный газ из газогенератора поступает на устройство 22 его очистки и охлаждения.
После очистки и охлаждения генераторный газ может быть подан в качестве топлива к теплогенератору и/или к газопоршневому двигателю с электрогенератором 23 для выработки электрического тока. Зола собирается в золосборнике 24 и отправляется на дальнейшую переработку.
При переработке биомассы с относительно невысоким содержанием воды надобность в смесителе и третьем обезвоживателе отпадает.
Разработанный комплекс позволяет осуществлять практически безотходную переработку биомассы высокой влажности с получением полезных компонентов, причем выделяемая в процессе функционирования комплекса тепловая энергия используется для нужд комплекса, а продукт, направляемый на газификацию в генератор газов имеет повышенное энергосодержание.
1. Комплекс для переработки биомассы, содержащий обезвоживатель биомассы, сушилку, генератор газов, зольник, газовый выход генератора связан с устройством очистки и охлаждения газа, а также транспортирующие средства для перемещения перерабатываемой биомассы и полученных из нее продуктов, отличающийся тем, что комплекс снабжен теплогенератором, как минимум одним дополнительным обезвоживателем, устройством гранулирования или брикетирования высушенной биомассы, обезвоживатели последовательно соединены друг с другом, теплообменник подведен к выходу второго обезвоживателя и подсоединен к теплогенератору для циркуляции теплоносителя через теплообменник, выход которого подведен к сушилке, связанной с газовым выходом теплогенератора трубопроводом, в котором установлен смеситель, обратным каналом связанный с газоотводом сушилки, выход которой связан с устройством гранулирования или брикетирования высушенного продукта, связанного с генератором газов, газовый выход которого через устройство очистки и охлаждения имеет возможность соединения с генератором электрического тока и/или с теплогенератором.
2. Комплекс для переработки биомассы по п.1, отличающийся тем, что он снабжен смесителем, выход которого соединен со входом первого обезвоживателя, а к входу подведены транспортеры для загрузки биомассы и структуризатора.
3. Комплекс для переработки биомассы по п.1, отличающийся тем, что он снабжен третьим обезвоживателем, установленным между теплообменником и сушилкой.
4. Комплекс для переработки биомассы по пп.1 и 3, отличающийся тем, что второй и третий обезвоживатели выполнены вакуумного типа.
5. Комплекс для переработки биомассы по п.3, отличающийся тем, что второй и третий обезвоживатели соединены друг с другом паропроводом.
