Устройство для утилизации влажных отходов, содержащих органические материалы

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам утилизации органических отходов с повышенной влажностью и высокой концентрацией вредных веществ, представляющих опасность для окружающей среды, методом термохимической переработки, в частности, куриного помета, экскрементов других домашних животных, лигнина, древесных отходов, иловых отложений и др.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка такого устройства утилизации органических отходов, которые бы обеспечивали высокую экологическую безопасность процесса, возможность утилизации широкого диапазона отходов, имели бы максимально низкой энергоемкость, высокую экономичность и производительность.

Для решения поставленной задачи предлагается утилизацию влажных отходов, содержащих органические материалы, проводить в камере термического разложения, выполненной в виде металлической углевыжигательной реторты непрерывного действия. Внутри реторты предлагается поместить ротор, осуществляющий продвижение отходов по реторте в сторону нарастания температуры. При этом за счет дозированной загрузки утилизируемых отходов должна обеспечиваться такая концентрация смеси газов и водяного пара, выделяемых в процессе пиролиза отходов, которая необходима для поддержания устойчивого горения в камере сгорания. Дымовые газы предлагается дополнительно пропускать внутри трубы ротора, увеличивая тем самым контактную поверхность нагрева утилизируемых отходов. Камеру сгорания предлагается выполнить в виде циклонно-вихревой камеры сгорания, в нижней зоне которой сжигается угольный остаток, в средней и верхней зонах происходит дожигание угольного остатка и сжигание газообразных продуктов, поступающих из реторты, с получением полезной тепловой энергии и зольного остатка.

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для утилизации органических отходов с повышенной влажностью и высокой концентрацией вредных веществ, представляющих опасность для окружающей среды, методом термохимической переработки, в частности, куриного помета, экскрементов других домашних животных, лигнина, древесных отходов, иловых отложений и др.

Известен способ утилизации отходов, содержащих органические материалы, по патенту РФ 2338122. Устройство, реализующее данный способ утилизации, содержит теплоизолированный корпус, во внутреннем объеме которого размещена металлическая камера термического разложения 2 (КТР), соединенная газоходом с вертикальной циклонной топкой. Верхняя часть камеры термического разложения снабжена загрузочным шлюзовым устройством, содержащим устройство для подачи инертного газа, а нижняя часть камеры снабжена люком, для выгрузки коксозольного остатка. Камера термического разложения снабжена механическим перемешивающим устройством и расположенной в ее нижней части системой подачи нагретого инертного газа. В корпусе установки размещена горелка и устройства для нагрева инертных газов. Известное устройство по патенту РФ 2338122 принято в качестве прототипа.

Недостатками известного устройства являются:

1. высокая энергоемкость и недостаточная экономичность, так как требуется применение посторонних источников тепла и инертного газа;

2. недостаточная производительность, так как невозможна непрерывная загрузка утилизируемых отходов и их непрерывная переработка.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка такого устройства утилизации органических отходов, которое бы обеспечивало высокую экологическую безопасность предложенного процесса, возможность утилизации широкого диапазона отходов, имело бы низкую энергоемкость, высокую экономичность и производительность.

Для решения поставленной задачи предлагается в устройстве для утилизации влажных отходов, включающем теплоизолированный корпус, внутри которого размещена камера термического разложения, соединенная с камерой сгорания, при этом камера термического разложения снабжена газоплотным устройством для загрузки утилизируемых отходов и газоплотным устройством для выгрузки продуктов пиролиза, тогда как камера сгорания снабжена выходом для дымовых газов, соединенным через теплообменник с дымовой трубой, а камера термического разложения соединена газоотводной трубой с камерой сгорания, камеру термического разложения выполнить в виде углевыжигательной реторты непрерывного действия. Внутри реторты предлагается поместить ротор, соединенный с камерой сгорания второй газоотводной трубой. Загрузку утилизируемых отходов предлагается проводить с помощью газоплотного дозирующего устройства. Тогда как, камеру сгорания предлагается выполнить в виде циклонно-вихревой камеры и снабдить дутьевыми вентиляторами.

Дополнительными отличиями предлагаемого устройства является то, что:

- размеры реторты определяются необходимой производительностью устройства, при этом отношение ее длины к диаметру должно быть 15:1,

- что реторта соединена с газопоршневой электростанцией.

- в качестве влажных отходов, содержащих органические материалы, могут быть куриный помет, экскременты других домашних животных, лигнин, древесные отходы, иловые отложения и др.

Предлагаемое устройство представляет собой энерготехнологический агрегат, который вырабатывает технологический и энергетические продукты. Для интенсификации технологической переработки отходов применено циклонно-вихревое горелочное устройство и подача дымовых газов внутрь трубы ротора. На фиг.1 изображена схема устройства для утилизации влажных отходов, содержащих органические материалы, где:

дымовых газов в ротор

Утилизируемый продукт

Продукты термического разложения

утилизируемого продукта (парогазы)

Зола

Угольный остаток

Дымовые газы

Воздух

Циклонно-вихревая камера сгорания 1 состоит из 3-х зон горения, которые разнесены по ее высоте и обслуживаются тягодутьевыми вентиляторами 15 с регулируемой подачей воздуха для горения.

В нижней зоне камеры сгорания сжигается угольный остаток как твердое топливо, поступающее из реторты 3.

В средней и верхней зоне происходит дожигание угольного остатка и сжигание газообразных продуктов, поступающих из реторты 3.

Избыток воздуха (_T) (от которого зависит содержание ядовитых NOx и SOx) регулируется в каждой зоне в необходимых пределах - 0,9÷1,16.

В верхней зоне сжигается газовая смесь - пиролизный газ+Н₂О (пар) - парогаз, что также подавляет появление NOx и SOx в газах сгорания. Присутствие достаточной концентрации водяного пара обеспечивает условия для снижения содержания NOx и SOx:

- температура 1300-1100°С;

- впрыскивание в зону горения Н₂О.

Камера сгорания 1 своей боровной частью 2 связана с теплоизолированным корпусом 11, в который помещена реторта 3, а реторта 3 в свою очередь связана с камерой сгорания 1 газоплотным устройством выгрузки 4 и газоотводящей трубой 16.

Через боровную часть газы сгорания из топки поступают в корпус 11, где по пути своего движения к дымовой трубе 7, через камеру искрозолоулавливания 5 и теплообменник 6, нагревают стенки реторты и движущийся внутри его утилизируемый продукт.

Движение утилизируемого продукта и его интенсивное перемешивание обеспечивается, помещенным в корпус реторты 3, ротором 8. Ротор 8 представляет собой трубу, к которой приварены лопасти (винт).

Движение утилизируемого продукта от дозирующего устройства 9 к устройству выгрузки 4 происходит по внутренней поверхности реторты 3 с температурой от 100°С до 800°С внутри реторты 3. В результате происходит термическое разложение утилизируемого продукта. Продукты термического разложения угольный остаток и парогазы через устройство выгрузки 4 и газоотводящую трубу 16 подаются в камеру сгорания 1 для низкотемпературного сжигания. При необходимости угольный остаток может выгружаться отдельно как технологический продукт, а пиролизные газы могут отводиться в газопоршневую электростанцию. По газоотводящей трубе 17 дымовые газы поступают внутрь ротора, увеличивая раскаленную контактную поверхность, для дополнительного обогрева утилизируемого продукта.

Конструкция реторты 3 (ее размеры - длина и диаметр) определяются необходимой производительностью устройства. Определяющей является необходимая контактная поверхность нагрева, по которой движется утилизируемый продукт.

Опытным и расчетным путем выведено соотношение длины реторты к ее диаметру 15:1, так для производительности 500 кг/час длина реторты составляет 9 м, а ее диаметр 0,6 м. При этом полезная (контактная) поверхность нагрева составляет 8,5 м².

Работа устройства происходит следующим образом.

Для выведения устройства в рабочий режим в приемный бункер 10 с дозирующим устройством 9, оснащенным датчиками уровня загружаемого материала, загружается предварительно высушенное топливо (это может быть утилизируемый продукт или другое топливо, например сухие опилки). Из расчета на 30-50 минут работы устройства.

Включаются привода транспортной системы устройства (привод дозирующего устройства, привод смесителя реторты, привод тягодутьевых машин).

При прохождении высушенного топлива по всей системе и попадании его в камеру сгорания, оно поджигается. Происходит его сжигание. В результате реторта 3 нагревается до температуры >800°С в своей передней части, находящейся над боровной частью камеры сгорания 1, в течение ~30 минут.

С этого времени из дозирующего устройства 9 начинается подача утилизируемого продукта и устройство переходит в рабочий режим.

По мере продвижения по постоянно прогреваемой реторте и, интенсивно перемешиваясь, утилизируемый продукт проходит стадию сушки - выпаривания, нагрева и пиролиза. В результате на устройство выгрузки 4 поступает раскаленный до температуры ~700°С угольный остаток, а в газоотводящую трубу 16 - парогазовая смесь, которые поступают в камеру сгорания для сжигания. Энергия сжигания обеспечивает постоянное нагревание реторты.

Сжигание угольного остатка происходит в нижней части камеры сгорания и обеспечивается своим дутьевым вентилятором 15.

Сжигание парогазовой смеси происходит в верхней части камеры сгорания и поддерживается факелом от сжигания угольного остатка. Подача воздуха в верхнюю и среднюю часть камеры сгорания также осуществляется отдельными дутьевыми вентиляторами 15.

Циклонная подача воздуха вентиляторами обеспечивает:

- многократную циркуляцию горящих топливных частиц и за счет этого устойчивое и полное сгорание;

- высокое давление в камере сгорания не дает угольному остатку и золе оседать на дно.

Высокое давление в камере сгорания, которое создают дутьевые вентиляторы, обеспечивает избыточное давление во всей системе без применения дымососа (вентилятора для дымоудаления) и эффективную работу гравитационного искрозолоуловителя 5.

Когда для поддержания процесса утилизации достаточно энергии сжигания парогазовой смеси, весь угольный остаток выгружается в бункер-тушитель.

Использование предлагаемого устройства для утилизации влажных отходов позволяет уменьшить объем, тоннаж и класс опасности размещаемых отходов, тем самым, уменьшая экологическую нагрузку на окружающую среду и значительно снижая расходы на размещение и содержание отходов.

Зола и угольный остаток, состоящий из 29% активированного углерода и 71% минеральной составляющей, получаемые в результате работы устройства имеют широкий спектр применяемости - от кормовых добавок и удобрений до наполнителей и связующих в стройиндустрии.

1. Устройство для утилизации влажных отходов, включающее теплоизолированный корпус, внутри которого размещена камера термического разложения, соединенная с камерой сгорания, при этом камера термического разложения снабжена газоплотным устройством для загрузки утилизируемых отходов и газоплотным устройством для выгрузки продуктов пиролиза, тогда как камера сгорания снабжена выходом для дымовых газов, соединенным через теплообменник с дымовой трубой, а камера термического разложения соединена газоотводной трубой с камерой сгорания, отличающееся тем, что камера термического разложения выполнена в виде углевыжигательной реторты непрерывного действия, внутри которой расположен ротор, соединенный с камерой сгорания второй газоотводной трубой, загрузка утилизируемых отходов происходит с помощью газоплотного дозирующего устройства, камера сгорания выполнена в виде циклонно-вихревой камеры и снабжена дутьевыми вентиляторами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размеры реторты определяются необходимой производительностью устройства, при этом отношение ее длины к диаметру должно быть 15:1/

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что реторта соединена с газопоршневой электростанцией.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве влажных отходов, содержащих органические материалы, могут быть куриный помет, экскременты других домашних животных, лигнин, древесные отходы, иловые отложения и др.