Установка для термічної переробки твердих відходів

1 Установка для термічної переробки твердих ВІДХОДІВ, що містить вузол завантаження шихти, камеру піролізу з електродами й отворами для випуску газів і розплаву, яка відрізняється тим, що камера піролізу всередині по периметру обладнана радіально орієнтованими вогнетривкими ребрами, установленими на подині з рівним інтер Винахід відноситься до області утилізації і знешкодження твердю ВІДХОДІВ довільного ХІМІЧНО ГО складу і може бути використаний для переробки побутових, промислових, медичних, отрутохімікатів І ІНШИХ ВІДХОДІВ Відомий пристрій для термічної переробки твердих ВІДХОДІВ, що включає камеру піролізу з отвором для відводу газів, яка сполучується з плавильною піччю, обладнаною електродами та отворами для випуску розплаву (Ru2135896C1, опубл 27 08 1999 р) Конструкція установки, приведеної в аналізі, не дозволяє сформувати теплове поле підвищеної питомої ЩІЛЬНОСТІ в заданому об'ємі піролізної камери і тим самим забезпечити високий ступінь деструкції ВІДХОДІВ, що переробляються, з максимальним використанням їхнього матеріальноенергетичного потенціалу без збільшення споживаної установкою потужності Не дозволяє даний пристрій також зробити необхідну високотемпературну обробку газоподібних складових піролізу до їхнього повного знешкодження Як прототип обрана установка для утилізації побутових ВІДХОДІВ, що включає вузол завантаження шихти і камеру піролізу з електродами й отворами для випуску газів і розплаву (Заявка на патент України №99063347 від 16 06 1999 р) У прототипі завантажені зверху відходи піддаються термічній деструкції за рахунок Джоулева тепла, яке вводиться за допомогою електродів, валом між електродами, а в центрі подини містить кругову порожнину, що з'єднує камеру піролізу з камерою стерилізації, причому, довжина вогнетривких ребер складає 0,5-0,9 радіуса камери піролізу, а кругова порожнина співпадає з кругом вписаним між торцевими стінками ребер 2 Установка, яка за п 1, яка відрізняється тим, що висота камери стерилізації дорівнює частці від ділення 2-2,5 продуктивності установки по газу на площу живого поперечного перерізу камери, а над отвором для випуску розплаву встановлені ДОПОМІЖНІ електроди розташованих у нижній частині камери піролізу Продукти піролізу розплав і газоподібні компоненти видаляються через ВІДПОВІДНІ отвори, також розташовані в нижній зоні камери піролізу Це дозволяє зробити високотемпературну обробку продуктів піролізу Однак, через максимальне тепловиділення в приелектродній зоні, для підведення необхідної КІЛЬКОСТІ тепла до осьової зони, де зосереджена основна маса ВІДХОДІВ, ЩО завантажуються зверху, необхідно підвищувати загальну потужність установки Що стосується газоподібних продуктів піролізу, то незважаючи на високу температуру, яка досягається в камері піролізу, в описаному прототипі не передбачено виконання правила «двох секунд», ВІДПОВІДНО до якого при піролізі особливо токсичних речовин, гази повинні знаходитися в зоні нагрітої понад 1200°С не менш двох секунд Таким чином, конструкція установки, описаної в прототипі не дозволяє створити теплове поле підвищеної питомої ЩІЛЬНОСТІ в осьовій зоні камери піролізу, збільшити довжину ділянки високотемпературної обробки продуктів піролізу, чим забезпечити підвищення ступеня деструкції матеріалів, що переробляються, з підвищенням ступеня використання матеріально-енергетичного ресурсу ВІДХОДІВ без підвищення споживаної установкою потужності, і збільшити тривалість високотемпературного знешкодження газоподібних складових продуктів піролізу до необхідних значень і о 44079 за рахунок цього підвищити ефективність роботи й екологічну безпеку установки В основу винаходу поставлена задача удосконалення установки для переробки твердих ВІДХОДІВ, у якому шляхом створення в камері піролізу блоку для формування теплового поля підвищеної питомої ЩІЛЬНОСТІ в осьовій зоні камери і збільшення довжини ділянки високотемпературної обробки продуктів піролізу забезпечується підвищення ступеня термічної деструкції матеріалів, що переробляються, з підвищенням ступеня використанню матеріально-енергетичного ресурсу ВІДХОДІВ без підвищення споживаною установкою потужності і збільшення тривалості високотемпературного знешкодження газоподібних складових продуктів піролізу, і за рахунок цього підвищується ефективність роботи й екологічна безпека установки Поставлена задача вирішується тим, що в установці для термічно переробки твердих ВІДХОДІВ, що включає вузол завантаження шихти, камеру піролізу з електродами й отворами для випуску газів і розплаву, згідне винаходу, камера піролізу усередині по периметру обладнана радіально орієнтованими вогнетривкими ребрами, установленими на подині з рівним інтервалом між електродами, а в центрі подини містить кругову порожнину, що з'єднує камеру піролізу з камерою стерилізації, причому, довжина вогнетривких ребер складає 0,5 - 0,9 радіуса камери піролізу, а кругова порожнина співпадає з кругом, вписаним між торцевими стінками ребер Доцільно висоту камери стерилізації виконувати рівною частці від ділення 2 - 2,5 продуктивності установки по газу на площу живого поперечного перетину камери стерилізації, а над отвором для випуску розплаву установити ДОПОМІЖНІ електроди Приведені вище ознаки складають суть винаходу Технічна сутність винаходу пояснюється фігурами, на якому 1 - вузол завантаження шихти, 2 камера піролізу, 3 - електроди, 4 - отвір для випуску газів, 5 - отвір для випуску розплаву, 6 - вогнетривкі ребра, 7 - кругова порожнина, 8 - камера стерилізації, 9 - ДОПОМІЖНІ електроди Перераховані вище конструктивні елементи виконані в такий спосіб Завантажувальний вузол 1 являє собою герметизований шлюзовий пристрій, що забезпечує порціонне завантаження шихти без контакту з атмосферою Камера піролізу 2 виконана круглого перетину, футерована вогнетривкого цеглою і обладнана розташованими по периметру на подині графітовими електродами 3 Між електродами З вертикально, з рівним інтервалом по периметру камери на подині встановлені орієнтовані радіально вогнетривкі ребра 6 Довжина ребер складає 0,5 - 0,9 радіуса камери, їхня КІЛЬКІСТЬ дорівнює числу електродів, а подовжня осьова ЛІНІЯ КОЖНОГО ребра поділяє простір камери між суміжними електродами на дві рівновеликі частини Виготовляються ребра з матеріалів підвищеної вогнетривкості, наприклад, з мулітокорунду По кругу, вписаному між торцевими стінками ребер, в подині камери піролізу зроблена наскрізна порожнина 7, що одночасно є верхнім відкри тим входом в камеру стерилізації 8 Камера стерилізації футерована вогнетривкою цеглою і забезпечена отворами для випуску газів 4 і для випуску розплаву 5 Висота камери стерилізації виконується рівною частці від ділення 2 - 2,5 продуктивності установки по газу на площу живого поперечного перерізу камери Таке співвідношення забезпечує тривалість термообробки піролізного газу в камері стерилізації в межах нормативів екологічного знешкодження - 2 - 2,5 секунд ДОПОМІЖНІ електроди 9 виготовляються з графіту і призначені для додаткового підігріву розплаву перед випуском з камери у випадку утворенню шлаків з підвищеною в'язкістю Установка працює в такий спосіб Камера піролізу 2 і камера стерилізації 8 заповнюються коксом 10 розміром кусків 70 - 100мм до рівня, що покриває електроди 3 Після цього на електроди, приєднані до різних фаз пічного трансформатора, подається напруга, а зверху на шар коксу завантажується порція шихти В результаті проходження струму між електродами в шарі коксу виділяється Джоулево тепло по всій довжині шляху струму Наявність вогнетривких ребер 6 між електродами виключає протікання струму по найкоротшій відстані між ними і визначає шлях струму в радіальному напрямку через геометричний центр камери піролізу Таким чином, периферійні ділянки камери піролізу, обмежені ребрами 6, і заповнені коксом фактично є продовженням електродів З В результаті ці ділянки прогріваються за рахунок струму однієї фази, у той час як осьова зона камери піролізу, обкреслена колом, вписаним між торцями ребер 6, гріється сумарним струмом усіх фаз Ця обставина дозволяє збільшувати ЩІЛЬНІСТЬ теплової потужності в об'ємі технологічно найбільш прийнятному для термічного впливу на шихту - в осьовій зоні камери, причому, для цього не потрібне збільшення сумарної потужності установки Із збільшенням довжини ребер зменшується об'єм окресленої зони спрямованого тепловиділення з підвищенням питомої теплової потужності генерованої в даному об'ємі, супроводжуваний підвищенням температури без збільшення загальної потужності В такий засіб, в осьовій зоні камери піролізу досягається рівень температур, що обмежується лише вогнетривкою СТІЙКІСТЮ ребер (близько 2000°С) Ефективний діапазон зміни довжини ребер - від 0,5 до 0,9 радіуса камери При довжині ребер рівній 0,5 радіуса камери в осьовому об'ємі камери має місце чотириразове, у порівнянні з периферійним, збільшенням ЩІЛЬНОСТІ теплової потужності Виконання стінок коротше половини радіуса знижує ефект концентрації потужності, що виділяється в центрі камери, до величини, коли наявність стінок практично невідчутна Крім цього, шлях струму між електродами віддаляється від геометричного центра камери піролізу, що погіршує умови термообробки сировини, що завантажується по осі камери Виготовлення стінок довжиною рівною 0,9 радіуса камери приводить до значної концентрації теплової потужності в центральній частині камери Подальше збільшення довжини ребер недоцільно, тому що 44079 крім значного зменшення активної зони камери, це може привести до роботи установки в режимі короткого замикання Оскільки необхідна для забезпечення заданої технологічної температури ЩІЛЬНІСТЬ теплової потужності у винаході, що заявляється, створюється в осьовій зоні камери, то струмопідвідні електроди З виконують тільки струмопідвідні функції, на відміну від прототипу, де електроди повинні забезпечувати в контактній зоні також задану ЩІЛЬНІСТЬ теплової потужності Виходячи з цього, перетин електродів, у порівнянні з прототипом, може бути істотно збільшено, що знижує струмо - і тепловтрати і збільшує к к д установки і термін служби електродів Вимоги, що змінилися до умов введення струму в матеріал -теплогенератор, коли зникла необхідність створювати максимальне тепловиділення біля поверхні електродів, дозволяють вводити струм в матеріал - теплогенератор (у даному випадку це кокс) з малою контактною ЩІЛЬНІСТЮ При цьому, розсіяний струм у місцях стікання з електродів в матеріал в периферійних зонах камери піролізу лише слабко підігріває матеріал на цих ділянках, в результаті чого знижуються тепловтрати в навколишнє середовище і тим самим підвищується к к д установки Крім цього, осьове розташування зони максимальної теплогенерацм дозволяє здійснювати безперешкодне завантаження шихтових матеріалів 11 безпосередньо в епіцентр підвищених температур і в такий спосіб інтенсифікувати процес Високий рівень температур в осьовій зоні, відсутність вільного кисню в камері піролізу цілком виключають процеси окислювання, і створюють ідеальні умови для інтенсивного відновлення металів і протікання чистого процесу піролізу - термічного розкладання (температура 500 - 1100°С) органічної частини ВІДХОДІВ на газоподібний продукт - пірогаз і вуглецевий залишок В інтервалі температур 1200 - 1500°С практично всі метали, що містяться у ВИХІДНІЙ сировині, цілком відновлюються, а вуглецевий залишок газифікується в синтез - газ (суміш СО і ЬЬ) Далі в інтервалі 1700 - 1800°С мінеральні складові ВІДХОДІВ розплавляються до рідкого стану і виводяться з камери піролізу через кругову порожнину 7 та випускний отвір 5, розташований в придонній зоні камери стерилізації 8 Оскільки сполучувальна кругова порожнина 7 виконана в межах зони максимального тепловиділення й одночасно є верхнім відкритим входом в камеру стерилізації, то всі без виключення продукти термічної деструкції ВІДХОДІВ, як газоподібні, так і рідкі, проходять зону максимальних температур, створену між електродами, і далі додаткову термообробку в камері стерилізації 8 У камері стерилізації здійснюється остаточне гарантоване зне шкодження всіх отриманих продуктів Шлаково металічні складові, пройшовши через відновне середовище, створене коксом, виводяться у вигляді відновлених металів і екологічно стерильного шлаку Газоподібні продукти також набувають екологічно безпечних властивостей, так як висота і перетин камери стерилізації встановлюються якраз з розрахунку виконання екологічного правила «двох секунд», тобто виведені гази, піддаються високотемпературній обробці (вище 1200°С) протягом не менш 2 секунд Таким чином, у результаті переробки ВІДХОДІВ в установці, що заявляється, досягається практично стовідсоткова деструкція матеріалів, що переробляються, з високим ступенем використання матеріально - енергетичного ресурсу ВІДХОДІВ метали, шлак, пірогаз При цьому, конструкцією установки забезпечується не тільки підвищена ефективність переробки ВІДХОДІВ, але і гарантована екологічна безпека, як самого процесу, так і отриманих продуктів В процесі випробування установки вогнетривкі ребра змінювали, встановлюючи їх різної довжини Результати випробування з варіюванням довжини вогнетривких ребер приведені в таблиці 1 Таблиця 1 Залежність технологічних показників роботи установки від довжини вогнетривких ребер Довжина ребер ВІДНОСНО Показники процесу радіуса камери пролізу (R) Продуктивність установки, кг/год Ступінь деструкції ВІДХОДІВ, % 0.45R 120 92,5 0.50R 130 96,8 0.70R 150 99,7 0.90R 110О 99,8 0.95R 90 99,9 З таблиці видно, що оптимальною за технологічними показниками є довжина ребер рівна 0.7R Зменшенням довжини ребер знижується концентрація теплової потужності в заданому об'ємі, а збільшенням - зменшується відносний обсяг зони теплогенерацм Як у першому, так і в п'ятому випадках питома продуктивність установки знижується Що стосується підвищення ступеня утилізації ВІДХОДІВ, то зі збільшенням довжини стінок, а отже, з підвищенням концентрації потужності і температури, вона росте 44079 ФІГ. 1 Фіг. 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90