Комплексна газогенеруюча установка для переробки органічних відходів

1. Комплексна газогенеруюча установка для переробки органічних відходів, яка містить топкову камеру, встановлену в ній піролізну камеру та для кожної камери вузол для завантаження відходів та вузол для видалення їх залишків після термічної обробки, яка відрізняється тим, що піролізна камера оснащена тепловим сифоном, розташованим всередині камери та зв'язаним із топковою камерою вхідним патрубком для збору гарячого повітря U 1 3 шків після термічної обробки. Крім того, установка має декілька камер спалювання [деклараційний патент UA № 13421, F23G 5/00, публ. 15. 03. 2006 p.]. Вузли топкової камери для завантаження відходів та для видалення їх залишків після термічної обробки розташовані у нижній частині камери. При цьому вузол для завантаження відходів виконаний у вигляді трубопроводу, а вузол для видалення залишків відходів після термічної обробки включає колосники та розташовану під ними систему нахилених лотків. Вузол для завантаження відходів піролізної камери виконаний у вигляді бункера, розташованого безпосередньо над горловиною камери, та оснащений пристроями відкривання та закривання камери та бункера. Вузол для видалення залишкових після термообробки відходів розташований у нижній частині піролізної камери та виконаний у вигляді трубопроводу та проходить через топкову камеру. Термічна камера оснащена двома обвідними каналами, один з яких зв'язаний з топковою камерою, а другий - з камерами спалювання. Для полегшення умов підпалювання органічних відходів топкова камера оснащена димоходом, зв'язаним з атмосферою. Пристрій - прототип працює таким чином. Відсортоване за призначенням побутове та промислове сміття доставляють до міні-заводу сміттєвозами. За допомогою вузлів завантаження відходів та видалення залишків їх після термічної обробки завантажують топкову та піролізну камери. Після завантаження відходів у камери закривають отвори вузла завантаження топкової камери та нижню частину бункера піролізної камери. Таким чином, піроліз на камера стає герметично закритою. Через отвори піддувала підпалюють відходи у топковій камері. Під час горіння відходів у топковій камері розжарюється піролізна камера і у неї підвищується температура і у камері утворюється газо димова суміш, яку розділюють на два потоки. Один потік по обвідному каналу поступає у топкову камеру, а другий потік - у камеру кінцевого спалювання. Перший потік підвищує температуру у топковій камері та активізує процес горіння. Другий потік недогорілих залишків органічних речовин топкової камери також згоряє під дією високих температур у камері спалювання. Таким чином, у топковій камері відбувається фізичний процес спалювання органічних речовин у присутності кисню, а у піролізній в герметичних умовах відбувається фізико-хімічний процес розкладу органічних речовин на летючо-горючі компоненти з подальшим спалюванням цих компонентів у камері кінцевого спалювання. Недоліком наведеного технічного рішення є складність та громіздкість конструкції установки, пов'язані з тим, що для створення умов для досягнення і підтримання високої температури у піролізній камері необхідна додаткова камера спалювання і відповідно елементи зв'язку камер між собою. Проте, навіть її наявність не забезпечує можливість розповсюдження високої температури рівномірно по всьому об'єму відходів у піролізній 41411 4 камері, тому що температура у піролізній камері передається лише через контакт її поверхні, нагрітої від топкової камери, та відходів, що містяться у її об'ємі. Наслідком цього є нерівномірний та неповний прогрів відходів і, відповідно, невисока ефективність спалювання відходів. Задачею корисної моделі є удосконалення конструкції комплексної газогенеруючої установки для термічної переробки органічних відходів, в якій шляхом збільшення поверхні контакту нагрітих поверхонь піролізної камери з об'ємом відходів забезпечують можливість проведення рівномірного термічного впливу на органічні відходи, що сприяє максимальній переробці сміття у піролізній камері з мінімальним використанням природних енергоресурсів. При цьому забезпечують можливість максимального спалювання у камері спалювання залишків парогазових відходів як з топкової так і з термічної камер, чим усувається забруднення навколишнього середовища. Поставлена задача вирішується тим, що комплексна газогенеруюча установка для переробки органічних відходів, яка містить топкову камеру, встановлену в ній піролізну камеру та для кожної камери вузол длязавантаження відходів та вузол для видалення їх залишків після термічної обробки, згідно корисної моделі, піролізна камера оснащена тепловим сифоном, розташованим всередині камери та зв'язаним із топковою камерою вхідними патрубком для збору гарячого повітря з неї та вихідним патрубком для виводу газів з піролізної камери. Наявність теплового сифона, розташованого в середині піролізної камери та зв'язаного із топковою камерою, забезпечує збільшення поверхні контакту нагрітих поверхонь з органічними відходами по всьому об'єму і тим самим постійно підтримувати високу температуру у камері, що надає можливість максимально ефективно проводити термічну переробку органічних відходів. Для активізації процесу горіння у початковий період процесу підпалювання сміття у топковій камері топкова камера зв'язана з вузлом подачі повітря. При цьому вузли для завантаження органічних відходів топкової та піролізної камер розташовані у верхній частині кожної з них, а вузли для видалення залишкових після термічної переробки камер розташовані у нижній частині кожної з них. Для забезпечення герметичності кожний з вузлів для завантаження сміття та видалення відходів термічної переробки топкової та піролізної камер оснащений засобами для його почергового відкривання та закривання, розташованими відповідно у верхніх та нижніх їх частинах. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де наведені: - на Фіг.1 - загальний вигляд комплексної газогенеруючої установки для переробки органічних відходів; - на Фіг.2 - схематичне зображення комплексної газогенеруючої установки для переробки органічних відходів у перерізі. Комплексна газогенеруюча установка для переробки органічних відходів, містить топкову каме 5 ру 1 та встановлену в ній піролізну камеру 2 (див. Фіг.2). Топкова камера 1 має циліндричну форму, нижня частина 3 якої є конусоподібною. Камера 1 оснащена у верхній частині вузлами 4 для завантаження відходів, а у нижній 3 конусоподібній вузлом 5 для видалення залишків відходів після термічної обробки. Кожний з вузлів 4 для завантаження відходів являє собою горловину, яка має зверху кришку 6, зв'язану з гідроциліндром 7, а знизу - шиберну заслінку 8, зв'язану з гідроциліндром 9. Вузли 4 є одночасно дозаторами. Вузол 5 для видалення з камери 1 залишків відходів після термічної обробки являє собою горловину конусу 3 із шиберною заслінкою 10, зв'язаною з гідроциліндром (на креслені не показаний). Навколо конусу 3 розміщений засіб дуття 11. Камера 1 оснащена трубою 12 для випуску газу. Топкова камера 1 виконана з жаростійкої сталі. Для теплоізоляції її зовнішні стіни обкладені вогнетривкою цеглою із зазором між металевими стінками 13 і цегляною кладкою 14 товщиною 80100мм. Зовні камери 1 в її середній частині є бандажне кріплення 15, яке забезпечує монолітність і стійкість цегляної кладки 14 та металевих стін 13. Цегляна кладка опирається на бетонний фундамент 16. Піролізна камера 2 має середню частину циліндричної форми, верхню частину конусоподібної форми, оснащеною вузлом 17 для завантаження відходів, та нижню частину, яка розділяється на дві рівні частини, що мають вигляд зрізаних конусів або двох рукавів і кожний з яких являє вузол 18 для видалення залишків відходів після термічної обробки. Вузол для завантаження 17 виконаний у вигляді горловини, яка зверху обладнана лядами 19, установленими з можливістю обертання навколо вісі 20 та зв'язаними з гідроциліндрами, аналогічними гідроциліндрам 7 (на кресленні не показані). Вузол 17 оснащений парашутним механізмом для відкривання та закривання нижньої частини горловини, який складається з парашуту 21 та причіпного знаряддя 22. Вузол 17 є одночасно дозатором. Вузол 18 для видалення залишків відходів після термічної обробки виконаний у вигляді випускних лійок, забезпечених шиберними заслінками 23, зв'язаними із гідроциліндрами 24. В середині камери 2, вздовж неї, розташований тепловий сифон 25, який у нижній частині зв'язаний із топковою камерою 1 за допомогою збірників гарячого повітря 26. У верхній частині сифон 25 має вихід у топкову камеру 1 у вигляді труби 27, оснащеною поворотним дроселем - засувкою 28. Піролізна камера 2 оснащена трубою 29 для випуску газу. Топкова камера 1 та піролізна камера 2 оснащені контрольно-регулюючими приладами (на креслені не показані). Верхня частина камери 1 являє собою площадку 30 для обслуговування обох камер 1 та 2 під час завантаження органічною сировиною вузлів 4 для завантаження топкової камери 1 та вузла 17 41411 6 для завантаження піролізної камери 2, обслуговування відповідних гідроциліндрів під час закривання та відкривання кришок 6 вузлів 4 та ляд 19 вузла 17, та шиберних заслінок 8 горловин завантажувальних вузлів 4 (див. Фіг.1). Площадка має огорожу 31 з арматури і металевих сіток на висоті 1,5м. Всі елементи, вузли, деталі верхньої площадки для обслуговування камер 1 та 2 змонтовані на перекритті циліндричної частини камери 1, яке складається з швелерних чи двотаврових балок та листового матеріалу, товщина якого залежить від геометричних розмірів та потужності. В залежності від висоти камери 1 вона устатковується металевими сходами з поручнями, громовідводом, а електрообладнання заземлено на загальний заземляючий або свій автономний контур (на кресленні не показані). Нижня обслуговуюча система камери 1 складається з перекриття з швелера чи двотавру на висоті, 1,8м - 2,0м, яке опирається на кладку, виконану з цегли, бетону або залізобетону, або металеві колони, на якому змонтоване обладнання 11 для повітряного дуття в активну зону камери 1, трубопроводи для нагрівання води і повітря, вентиляційні короби тощо (на кресленні не показані). Тут же змонтована рейкова колія 32 з установленими на них вагонами 33 для транспортування відпрацьованого матеріалу (мінеральні залишки) для подальшого перетворення його у мінеральні або комбіновані добрива. Комплексна газогенеруюча установка для переробки органічних відходів працює так. Відсортоване за призначенням та подрібнене до необхідної фракції органічне побутове та промислове сміття доставляють до установки. Спочатку відходи подають до вузлів завантаження 4 та 17 топкової та піролізної камер 1 та 2 відповідно. При цьому кришки 6 горловин вузлів 4 для завантаження топкової камери 1 та ляди 19 горловини вузла 17 для завантаження піролізної камери 2 відкриті, а заслінки нижньої частини горловин вузлів 4 та парашут 21 горловини вузла 17 закриті. При цьому закриті також заслінки 10 та 23 відповідних вузлів 5 та 18 видалення з камер 1 та 2 та труба 12. Гідроциліндри 24 знаходяться у положенні «закрито». Коли вузли для завантаження 4 та 17 камер 1 та 2 відповідно завантажили певною кількістю органічних відходів, торфу чи вугілля, кришки 6 та ляди 19 зачиняють, а заслінки 8, що закривають нижні частини горловин вузлів 4, та парашут 21, що закриває нижню частину горловин вузла 17 відкривають, висипаючи відходи у камери 1 та 2. Процес повторюється до необхідного рівня завантаження камер 1 та 2. Рівень завантаження - 3/4 4/5 від об'ємів топкової 1 та піролізної 2 камер. Після закінчення завантажувальних робіт горловини вузлів завантаження 4 топкової камери 1 в нижніх частинах за допомогою гідроциліндрів 9 закривають заслінками 8, а зверху закривають кришками 6. Після цього прикривають дросельну засувку 28 у тепловому сифоні 25. Вузол 17 для завантаження піролізної камери 2 в нижній частині закривають парашутом 21, піднімаючи причіпне знаряддя 22. Верхню частину 7 горловини вузла 17 закривають лядами 19. Газовивідна труба 12 топкової камери та труба 29 піролізної камери перекриті. Таким чином досягається герметичність піролізної 2 камери. Після завантаження камер 1 та 2 через спеціальну нішу, розташовану із зовнішньої сторони конусоподібної частини 3 (на кресленні не показана), або через частково відкритий вузол 5 для видалення відпрацьованих відходів спеціальним газовим запалювальним ґнотом (на кресленні не показаний) розпалюють біомасу топкової камери 1. Для скорішого стабільного та стійкого займання органічних відходів у топковій камері 1 вмикають вентилятор повітряного дуття 11. В момент розпалювання біомаси у топковій камері 1 на короткий термін трохи відкривають заслінку на газодимовому каналі (на кресленні не показаний), виконаному із труби діаметром 200250-300мм (в залежності від потужності і місткості топкової камери 1). Цей канал закривають тоді, коли в активній зоні окислення органічних речовин процес горіння стабілізований і введений у стабільну робочу фазу. Вентилятор повітряного дуття 11 вмикають у схему газотворення періодично в залежності від потреби, підтримуючи необхідний температурний режим в межах 350-500°С. У камері 1 у зв'язку з тим, що кисню для згоряння всієї біомаси не вистачає, органічні речовини окислюються лише частково. Цей процес, процес напівокислення органічних речовин, супроводжується виділенням штучних газів: водню Н2 та окису вуглецю CO. Гарячі гази піднімаються угору скрізь органічні відходи, що не прореагували, і через трубу 12 виходять за межі установки. Під час горіння сміття у топковій камері 1 температура підвищується і термічна камера 2 розжарюється, наслідком чого є підвищення температури в її середині. При цьому відсутність кисню і тяги у камері 2 сприяє створенню необхідних умов для піролізу органічних відходів. Піролізна камера 2 отримує від топкової камери 1 необхідну кількість теплової енергії для фізико-хімічного розкладу органічних відходів, вугілля чи торфу, які знаходяться усередині піролізної камери 2. Крім того, через забірники гарячого повітря 26 гаряче повітря із топкової камери 1 надходить у тепловий сифон 25. Закривають дросель-засувку 28, що сприяє миттєвому розігріву металоконструкції теплового сифону 25, поверхня якого з усіх боків передає тепло біомасі у піролізній камері 2. Штучні гази (водень Н2 та окис вуглецю CO) з камери 1 можуть бути використані як паливо у природному вигляді, або очищеними від парів води та смол можуть бути використані як моторне паливо або як синтез-газ для отримання фракцій рідкого моторного палива. Піролізні гази піднімаються у верхню частину піролізної камери 2 і через трубу 29 виходять за межі камери 2 і можуть бути використані як джерело теплової енергії або для акумулювання в газгольдерах. Всі штучні гази, отримані в процесі 41411 8 фізико-хімічного розкладу органічних речовин - це неоціненна первинна сировина для хімічної галузі. Відпрацьований матеріал із камери 1 (мінеральні залишки, напівкокс, кокс -в залежності від того, що було завантажено у топковій камері 1) видаляють через вузол 5 для видалення мінеральних залишків. Для цього відкривають шиберну заслінку 10. Одночасно відкривають шиберні заслінки 8. Через відкриті вузли завантаження 4 топкової камери 1 заповнюють топкову 1 камеру органічними відходами, в тому числі сміттям. При цьому шиберні заслінки 23 вузла 18 для видалення залишків відходів після термічної обробки піролізної камери 2 закриті. Потім за допомогою шиберних заслінок 8 та гідроциліндрів 9 вузлів завантаження 4 закривають топкову камеру 1 та за допомогою гідроциліндрів 24 відкривають шиберні заслінки 23 вузла 18 для видалення залишків відходів після термічної обробки піролізної камери 2. Після часткового видалення мінерального залишку (на об'єм, який співвідноситься з місткістю горловини вузла 17 для завантаження піролізної камери 2) закривають шиберні заслінки 23, відкривають ляди 19 горловини 17 піролізної камери 2 та шляхом опускання парашутної системи 21-22 донизу камери 2 відкривають нижню частину горловини 17 з таким розрахунком, щоб органічні відходи могли вільно опускатися по похилих поверхнях парашута 21 у камеру 2. Після цього закривають усі позиції, а саме, піднімають вгору парашут 21 з причіпним знаряддям 22, тобто перекривають нижню частину завантажувального вузла 17 та закривають ляди 19. Відпрацьований матеріал завантажують у вагони 33 або транспортують шнековим навантажувачем до місця його подальшої переробки. Слід зауважити, що мінеральний залишок (попіл) у вузлах 18 для видалення мінерального залишку піролізної камери 2 випускають частково, з таким розрахунком, щоб не допустити попадання повітря у піролізну камеру 2 у процесі видалення. Установка оснащена датчиком рівня мінерального залишку, який свідчить про рівень залишку (на кресленні не показаний). Мінеральний залишок нижньої конусоподібної частини 3 топкової камери 1 евакуюється через вузол 5 для видалення шляхом відкривання заслінки 10. Попадання кисню разом з повітрям в камеру 1 не причинить ніякої шкоди, тому що сам фізико-хімічний процес розкладу органічних речовин на водень Н2 та окис вуглецю CO саме передбачає наявність кисню для провадження реакції напівокислення вуглецю. Співвідношення водень - окис вуглецю контролюють постійно спеціальними приладами (на кресленні не показані). Процес завантаження камер 1 та 2 та видалення відпрацьованих відходів проходить безперервно. Зупинка передбачена тільки в разі ремонтних чи аварійних робіт. В процесі роботи моменту завантаження установки передує видалення відпрацьованих речовин. 9 41411 У момент випуску мінеральних залишків у вагони 33 надлишковий тиск у обох камерах 1 та 2 не дозволяє повітрю вільно потрапити у камери через вузли для видалення відходів термічної переробки 5 та 18. У противному випадку система вузлів здвоюється, а саме: вузли для завантаження 4 та 17 відкриті, а вузли для видалення 5 та 18 закриті, і навпаки. Саме так досягають необхідної герметизації. Таким чином, можливість за рахунок теплового сифону 25 постійно підтримувати високу температуру у піролізній камері 2 забезпечує отримання піролізних газів із хімічною формулою Сn Н2n+2, які мають теплотворну спроможність майже на порядок більшу за теплотворну спроможність газів напівокислення, що отримуються у топкові камері 1. Так, чистий біометан має теплотворну спроможність 10000ккал/н.м3, а газ, отриманий у топковій камері 1 має теплотворну спроможність 12001500ккал/н.м3, тобто майже у вісім разів меншу. Крім того, при прямому згорянні органічних речовин в топковій камері 1 при температурі 300 Комп’ютерна верстка М. Мацело 10 450°С в присутності кисню органічні речовини шлакуються, і тому залишається певна кількість мінеральних залишків. В піролізній камері 2, де температура значно вища, та при відсутності кисню органічні відходи майже повністю розкладаються і тому спрацьовує майже весь матеріал, залишаючи тільки той мінеральний залишок, який входив у структурну загальну формулу речовини, тобто майже весь матеріал перетворюється у газ і тому мінеральні залишки майже відсутні. Експериментально було доведене, що при завантаженні топкової камери 76кг органічних відходів утворилось близько 20кг попелу, а при завантаженні піролізної камери 153кг органічних відходів отримали близько 300г мінерального залишку. Отже при певних технологічних обставинах спрацював закон перетворення кількості органічних речовин в якість. За запропонованим рішенням виконаний діючий експериментальний зразок в господарстві Ахіма Дьобріха в с. Протопопівці Олександрійського району Кіровоградської області. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601