Спосіб утилізації відходів і пристрій для його реалізації
Номер патенту: 73442
Опубліковано: 15.07.2005
Автори: Рябущенко Олександр Сергійович, Селігман Стів, Перуєв Олександр Анатолійович, Жилін Анатолій Микитович
Формула / Реферат
1. Спосіб утилізації відходів, згідно з яким утилізацію здійснюють у реакторі, куди відходи завантажують через завантажувальний пристрій і де вони переміщуються під дією гравітаційних сил зверху донизу і проходять стадії сушіння, піролізу, первинного спалювання та плавлення, після чого розплави інертних матеріалів виводять через льотку у шлакову ванну, газоподібні продукти утилізації піднімаються догори вздовж шахти реактора, де їх акумулюють і виводять, при цьому забезпечують ізоляцію шахти реактора від зовнішнього середовища, а для стабілізації процесу нагнітають повітря, який відрізняється тим, що газоподібні продукти утилізації спрямовують у зону догоряння, де їх спалюють, а отримане тепло спрямовують на попередній нагрів повітря, що нагнітають.
2. Пристрій для утилізації відходів, який має вертикальний корпус із встановленим на ньому завантажувальним пристроєм і футерований горн із розміщеними у футерівці соплами, що подають повітря, патрубок для підведення повітря, який з'єднаний через колектор з цими соплами, у верхній частині має газозбірник та патрубок, що відводить гази, який відрізняється тим, що має камеру догоряння з пристроєм примусового розпалювання, яка через регульований газохід з'єднана з патрубком, що відводить гази, при цьому через камеру догоряння проходить газопровід, по якому подається повітря до патрубка для підведення повітря, а камера догоряння у верхній частині має вихідний патрубок.
Текст
Взаємопов'язана група винаходів належить до технологій, які забезпечують охорону навколишнього середовища, зокрема, до утилізації твердих промислових і побутови х відходів, і може бути використана як екологічно чистий засіб для утилізації останніх підприємствами житлово-комунального господарства й аналогічних сліжб підприємств харчування, лікування т.д. Відомий спосіб спалювання відходів, сутність якого пояснюється при роботі пристрою [див. А.С. СРСР №1141267, кл. F23G5/32,1985], при жому спалювання відходів, що утилізуються, здійснюється у вертикальній циліндричній камері згоряння, куди відходи подаються в суміші з повітрям через спеціальні сопла. Водночас для реалізації способу до камери згоряння через інші сопла подається вторинне повітря, яке забезпечує при підпалюванні суміші ініціацію процесу піролізу. Практичне застосування цього способу не забезпечило ефективну екологічно чисту утилізацію відходів, так як: - обраний спосіб подавання суміші й первинного повітря до камери згоряння потребує спеціальних пристроїв для підготовки відходів, що призводе до подорожчання процесу, зниженню його надійності і високої ймовірності зашлаковування сопел; - через відсутність фази попереднього нагріву й осушування суміші, яка подається до камери згоряння, не забезпечується низький вміст вологи у газах, що відходять, а це потребує додаткових очисних пристроїв для забезпечення екологічності процесу утилізації та подальшого використання газоподібних продуктів утилізації. Крім того, описаний вище спосіб має низьку продуктивність, бо неможливо забезпечити високу швидкість спалювання відходів через необхідність нагріву від температури навколишнього середовища до робочої температури всіх складових частин процесу утилізації ( відходи, первинне й вторинне повітря) безпосередньо ε камері згоряння, яка має обмежений об'єм. Обраний у якості прототипу спосіб утилізації відходів, який реалізується у пристрої для спалювання відходів [деклараційний патент на винахід України №34561А від 25.02.1998р. F23G5/24]. З прототипом, так само, як і в способі, що заявляється, утилізація відбувається у реакторі, куди відходи потрапляють через завантажувальний пристрій, і де, переміщуючись під дією гравітаційних сил зверху донизу, проходить стадії сушіння, піролізу, первинного спалювання та плавлення, після чого розплави інертних матеріалів виводяться через льотку у шлакову ванну, газоподібні продукти утилізації піднімаються вгору вздовж шахти реактора, де акумулюються й виводяться, при цьому забезпечується ізоляція шахти реактори від зовнішнього середовища, а для стабілізації процесу здійснюється наддув повітря. На відміну від способу, що заявляється, при відомому способі наддув повітря здійснюється безпосередньо в зону первинного спалювання й плавки, а також у зону теплообміну, переміщуючись уздовж якої згори донизу повітря спочатку нагрівається від бокової поверхні реактора, а потім повинно забезпечити сушіння потрапивших у реактор відходів, тобто суттєвим чином забезпечує параметри процесу на стадії сушіння. Практичне використання цього способу показало, що він також має недоліки, так як: - внаслідок обмежених розмірів зони первинного спалювання й плавлення відходів; кінцевих значень теплоємності, теплопровідності і теплообміну матеріалу реактора, повітря і відходів; щільної укладки відходів через необхідність забезпечення ізоляції реактора, повітря як теплоносій не забезпечує в зоні сушіння достатньої температури для здійснення глибокого збезводнювання відходів перед зоною піролізу. Це суттєво знижує швидкість піролізу відходів, не забезпечує повну утилізацію відходів; - при невисокій температурі в зоні сушіння та її малої відносної простягненності, а також при неглибокому збезводненню відходів газоподібні продукти процесу утилізації, переміщуючись вгору для збору та видалення, дуже швидко досягають точи роси (близько 110°С), насичуються водяною парою, на якій адсорбуються частинки смолянистих речовин та сажі, що суттєво знижує споживчі властивості продуктів утилізації, як альтернативу газовому паливу виключає значну кількість теплоти процесу (вона витрачається на виділення та зв'язування смолянистих речовин та сажі), яка могла би використатися на додаткове нагрівання повітря. Вказані вище недоліки способу-прототипу на практиці призводять до суттєвої відміни процесу, який отримується, від теоретичного. При цьому значно знижується продуктивність процесу, суттєво збільшується ризик завдавання шкоди екології навколишнього середовища і можливих несанкціонованих викидів суміші водної пари та газоподібних продуктів очищування. Внаслідок постійного відтоку теплової енергії процесу на шкідливу адсорбцію смолянистих речовин та сажі процес утилізації може самодовільно припинитися. При цьому, внаслідок тих самих втрат, знижується продуктивність процесу через зниження швидкості утилізації. Відома також обрана у якості прототипу установка для спалювання відходів [деклараційний патент на винахід України №28993 А від 27.11.1997р., F23G5/24], яка містить і пристрій, що заявляється, вертикальний корпус із встановленим на ньому завантажувальним пристроєм, що має футерований горн із розміщеними у футерівці соплами, що подають повітря, патрубок для підводу повітря, з'єднаний через колектор з соплами, що подають повітря, а також у верхній частині газозбірник та патрубок, що відводить гази. На відміну від пристрою, що заявляється, колектор виконаний и вигляді теплообмінника і має спеціальні канали для підводуповітря до сопел горну. При цьому на всій своїй довжині він здійснює нагрів повітря, що наддувається, за рахунок тепла, яке отримується з внутрішнього об'єму корпуса. Прийнята конструкція колектора, його функціональне застосування на практиці не забезпечує стабільності процесу утилізації відходів, так як у процесі наддув повітря через колектор у робочому режимі, тобто за описом прототипу згори донизу, повітря йде із зони з низькою температурою до зони з високою температурою. При цьому природний теплообмін між стінкою корпуса і повітря знижує нагрів відходів, які знаходяться усередині корпуса, погіршуючи якість підготовки їх, зокрема, збезводнювання, до стадій піролізу і спалювання. Негативно також впливає наявність у межах колектора високого градієнта температур, який спрямований у бік, протилежний напряму наддуву. У результаті виникають природні конвекційні потоки, які спрямовані знизу догори і які перешкоджають розрахованому режиму протікання процесу утилізації, чим сприяють розвитку вказаних вище недоліків. Для нейтралізації цього негативного впливу потрібно підсилення наддуву повітря, що з одного боку знижує економічну ефективність через збільшення витрат енергії привідних механізмів для підтримки процесу, з іншого боку знижує якісні показники процесу, зокрема, його швидкості та паноти утилізації через порушення оптимального співвідношення інгредієнтів і режиму процесу. В основу першого винаходу з вказаної взаємнопов’язаної групи винаходів покладено задачу у відомому способі утилізації відходів підвищити температуру на стадії сушіння шляхом зміни технологічного процесу завдяки включенню додаткових операцій, зміні технологічних параметрів та характеристик, які входять у процес утилізації. Це необхідно для якісної підготовки відходів до наступних стадій утилізації і зрештою забезпечити високу ефективність та продуктивність процесу в цілому. В основу др угого винаходу з вказаної взаємнопов'язаної групи винаходів покладено задачу у відомій установці для спалювання відходів усунути градієнт температур уздовж колектора, який підводить повітря, шляхом зміни конструкції, функціонального призначення окремих вузлів. Це забезпечить підвищення якості утилізації відходів, стабільність процесу і підвищення економічності процесу за рахунок зменшення витрат енергії на привід допоміжних механізмів. Перша задача вирішується тим, що у відомому способі, за котрим утилізація відбувається у реакторі, куди відходи потрапляють через завантажувальний пристрій, і де, переміщуючись під дією гравітаційних сил зверху згори донизу, проходить стадії сушіння, піролізу, первинного спалювання та плавлення, після чого розплави інертних матеріалів виводяться через льотку у шлакову ванну, газоподібні продукти утилізації піднімаються вгору вздовж шахти реактора, де акумулюються й виводяться, при цьому забезпечується ізоляція шахти реактори від зовнішнього середовища, а для стабілізації процесу здійснюється наддув повітря, згідно з винаходом, газоподібні продукти утилізації потрапляють у зону догоряння, де здійснюється їх спалювання. При цьому отримана кількість теплоти спрямовується на попереднє нагрівання повітря, яке надувається. При такій організації утилізації забезпечується наддув гарячого повітря для стабілізації процесу, завдяки чому забезпечується глибоке збезводнення відходів у зоні сушіння, що сприяє ефективній утилізації на наступних стадіях. Крім того, проходження газоподібних продуктів утилізації через зону сушіння, яка має температуру зачну більшу за температуру роси, усувається можливість насичення смолянистими речовинами та сажею, що суттєво підвищує якість продукту процесу. Друга з задач вирішується тим, що у відомому пристрої, який має вертикальний корпус із встановленим на ньому завантажувальним пристроєм, що має футерований горн із розміщеними у футерівці соплами, що подають повітря, патрубок для підводу повітря, з'єднаний через колектор з соплами, що подають повітря, а також у верхній частині газозбірник та патрубок, що відводить гази, згідно з винаходом мається камера догоряння з пристроєм примусового розпалювання, яка через регульований газохід з'єднана з патрубком, що відводить гази. При цьому через камеру догоряння проходить газопровід, через який подається повітря до патрубка для підводу повітря, крім того, камера догоряння у верхній частині має вихідний патрубок. Сутність винаходу пояснюється кресленням, де показаний поздовжній переріз пристрою, що подається. Використання вказаного пристрою для утилізації відходів дозволяє подавати на вхід патрубка для підвода повітря гаряче повітря, а це дозволяє здійснити глибоке збезводнювання в зоні сушіння відходів, які потрапляють на утилізацію. Також не припускається виникнення по довжині колектора градієнта температур, чим усувається причина виникнення у колекторі конвекційних потоків, наявність яких призводила до збільшення енергетичних витрат на утилізацію. У загальному випадку спосіб реалізується наступним чином. У зону горіння підготовленого до роботи пристрою для утилізації відходів робиться наддув повітря. Водночас через завантажувальний пристрій здійснюється подача відходів, які під дією гравітаційних сил спочатку проходять через зону сушіння, де збезводнюються, потім потрапляють у зону піролізу, де утворюється основний об'єм газоподібних продуктів утилізації і далі - в зону первинного спалювання та плавлення. Після цього за допомогою завантажувального пристрою із завантажувальних відходів формується і постійно підтримується за рахунок дозованого завантажування пробка, яка перешкоджає проникненню газоподібних продуктів утилізації в атмосферу. Розплавлені продукти утилізації видаляються з зони горіння, наприклад, через льотку, газоподібні продукти, нагріті до високих температур, піднімаються вгору, де акумулюються, а потім подаються частково або повністю в зону догоряння, де спалюються і нагрівають отриманим теплом повітря, яке наддувається. Після цього процес стабілізується та протікає безперервно. Найбільш повно спосіб, який заявляється, реалізується за допомогою пристрою, який заявляється. Згідно з кресленням, пристрій, що заявляється, має вертикальний корпус 1 із футерованим горном 2, у футерівці 3 якого зроблені сопла 4, які подають повітря. На корпусі 1 встановлений завантажувальний пристрій 5, з зовнішнього боку нижньої частини якого розташований кільцевий газозбірник 6 з газовідводом 7. Співвісно корпусу 1 з зовнішнього його боку розмішений кожух 8, який утворює з корпусом 1 колектор 9. У верхній частині кожуха 8 розміщений патрубок 10 для підводу повітря. З газовідводом 7 з'єднаний газохід 11 з вентилем 12, що регулює. Газохід 11 підведений до камери догоряння, яка виконана у вигляді футерованої циліндричної камери 13, вихідний патрубок 14. Через камеру 13, проходить трубопровід 15 для подавання повітря до патрубка 10. У футерівці 3 горна 2 зроблені канали 16, які зв'язують колектор 9 із соплами 4, які подають повітря. Горн розміщений на поді 17, у нижній частині горна 2 є льотка 18. Пристрій працює наступним чином. Перед початком роботи на дно пода 17 подається кускове паливо, наприклад кокс, дрова та ін., яке підпалюється будь-яким відомим способом, наприклад газовим факелом. Після досягнення стійкого горіння через трубопровід 15, патрубок 10, колектор 9, канали 16 і сопла 4 здійснюється постійний наддув повітря. Водночас з наддувом через завантажувальний пристрій 5 періодично або безперервно в корпус 1 подаються відходи для утилізації, які під власною вагою переміщуються згори донизу, проходячи послідовно зони сушіння, піролізу, первинного спалювання та плавлення. Після спалювання відходів на їх місце подається нова порція. Розплавлений шлак непальної фракції відходів видаляється з корпуса через льотка 18, а газоподібні продукти утилізації піднімаються догори, акумулюються в газозбірнику 6 і через газовідвід 7 і газохід 11 частково потрапляють у камеру догоряння 13, де підпалюються будь-яким відомим способом, наприклад газовим факелом, і повністю спалюються. При цьому здійснюється нагрів повітря наддуву, яке проходить по трубопроводу 15. Нагріте повітря через патрубок 10 потрапляє в колектор 9, у верхній частині якого відбувається віддавання тепла від нагрітого повітря наддуву до стінки корпуса 1 і, як наслідок, підвищення температури в зоні сушіння. Охолоджене повітря під дією тиску потрапляє в нижню частину колектора 9 і канали 16, де знову нагрівається і через сопла 4 спрямовується до горна 2 для підтримки горіння. Після цього процес стабілізується і відбувається безперервно. Повнота спалювання газоподібних продуктів у камері догоряння контролюється за складом газів, які відходять через вихідний патрубок 14 контроль здійснюється будь-яким відомим способом, наприклад експресгазоаналізатором. При повному спалюванні у складі газів, які відходять, мається лише водна пара при наявності СО на рівні не вище гранично припустимих концентрацій. При перевищенні вмісту чадного газу цієї речовини вентилем 12 зменшується кількість газоподібних продуктів, які подаються в камеру 13. Запропоновані зміни технологічного процесу утилізації, доповнення його операціями догоряння газоподібних продуктів утилізації і нагріву повітря, яке надувається, дозволили: - Збільшити температуру повітря, яке надувається; - Збільшити довжину зони сушки; - Збільшити температуру в зоні сушки. Запропоновані зміни конструкції пристрою для спалювання відходів, зміна функціонального призначення деяких вузлів дозволили за допомогою пристрою, який заявляється, найбільш ефективно реалізувати спосіб, який заявляється, що забезпечило: - збільшення стабільності та повноти реалізації процесу утилізації; - збільшення продуктивності; - збільшення екологічної чистоти захищеності процесу; - усунення невиробничих витрат на приведення допоміжних агрегатів наддуву повітря.
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for waste utilization and appliance for its realization
Автори англійськоюZhylin Anatolii Mykytovych, Peruiev Oleksandr Anatoliiovych, Seligman Stephen
Назва патенту російськоюСпособ утилизации отходов и устройство для его реализации
Автори російськоюЖилин Анатолий Никитович, Перуев Александр Анатольевич
МПК / Мітки
МПК: F23G 5/027, F23G 5/24
Мітки: спосіб, утилізації, відходів, пристрій, реалізації
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/3-73442-sposib-utilizaci-vidkhodiv-i-pristrijj-dlya-jjogo-realizaci.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб утилізації відходів і пристрій для його реалізації</a>
Попередній патент: Спосіб безоправочної безперервної поздовжньої прокатки труб в багатоклітьовому стані
Наступний патент: Автоматизований вимірювальний комплекс для радіомоніторингу електромагнітного поля
Випадковий патент: Спосіб отримання модифікованої промислової вибухової речовини