Модуль для піролізу органічних побутових відходів

1. Модуль для піролізу органічних побутових відходів, який містить реактор піролізу з системою зовнішнього обігріву, бункери завантаження та розвантаження, патрубок для відведення парогазової суміші із реактора, багатоконтурну циркуляційну систему, кожний контур якої має охолоджувач і трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції, який відрізняється тим, що реактор виконаний багатосекційним, секції розташовані одна над другою, кожна із них виконана у вигляді повздовжнього короба, всередині якого вмонтований горизонтально ланцюговий кільцевий скребковий транспортер, з двох сторін всередині кільця якого, на прямій ділянці, по всій висоті короба встановлені дві повздовжні пластини, кінці яких з'єднані овальною перемичкою, а патрубок для відведення парогазової суміші розташований зверху короба в центрі середнього кільця, на одному із округлень транспортера встановлена ведуча зірочка з електричним приводом, а на другому - ведена зірочка, оснащена натяжним механізмом, зі сторони ведучої зірочки, на початку прямої ділянки транспортера, зверху короба встановлений патрубок входу відходів, на якому, в верхній секції, змонтований бункер для завантаження, а в нижній частині короба, в місці закруглення короба, встановлений патрубок виходу об U 2 UA 1 3 вості для регенерації органічних відходів у низькомолекулярне рідке та газоподібне паливо. Відома установка для реалізації способу утилізації органічних відходів (див. деклараційний патент України № 40442 МПК 7 F23G5/027, C10G1/00, опубл. 16.07.01. Бюл. № 6), яка містить циліндричний реактор, що розташований під кутом, два шнеки, приводи яких встановлені на торцях реактора, бункер для подачі відходів, бункер для видалення пірокарбону, та патрубок для відбору парогазової суміші в багатоконтурну циркуляційну систему, що має, наприклад три контури. Кожен контур має індивідуальні ступені охолодження, з'єднані з реактором, а останній ступінь з'єднаний з вихідним конденсатором, який охолоджується водою і має трубопроводи для виходу піролізного газу та рідкого палива. Ознаки, що збігаються з суттєвими ознаками модуля, який заявляється: - реактор піролізу; - система зовнішнього обігріву; - бункери завантаження та розвантаження; - патрубок для відведення парогазової суміші із реактора; - багатоконтурна циркуляційна система, трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції, Причини, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату: - відома установка має великі габарити і низьку продуктивність, що потребує необґрунтованого збільшення капіталовкладень; - великі габарити установки збільшують теплові витрати для забезпечення необхідних робочих режимів, що суттєво знижує технічні характеристики установки і збільшує експлуатаційні витрати. Найбільш близькою за технічною суттю до заявленого модуля є установка для реалізації способу утилізації органічних відходів (див. патент України № 52840 МПК 7 F23G5/027, C10G1/00, опубл. 15.01.03. Бюл. № 1), яка включає: реактор зі шнеком, бункерами для завантаження та розвантаження реактору і патрубок для відведення парогазової суміші із реактора; багатоконтурну циркуляційну систему, кожний контур якої має охолоджувач парогазової суміші з повітряним охолодженням і трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції; блок управління температурою охолоджувачів, останній охолоджувач з'єднаний з вихідним конденсатором з водяним охолодженням. Ознаки, що збігаються з суттєвими ознаками установки, що заявляється: - реактор; - бункери завантаження та розвантаження; - патрубок для відведення парогазової суміші із реактора; - трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції; - багатоконтурна циркуляційна система, кожний контур якої має трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції. Причини, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату: 61048 4 - виходячи із основних законів теплопередачі, при зовнішньому обігріві реактора, корпус реактора нагрівається до більш високої температури ніж шнек, який розташований в середині корпусу. А при подачі в реактор холодних відходів, які мають в своєму складі полімери, останні частково розплавляються і приклеюються до менш нагрітого шнека й крутяться разом з ним, оскільки на внутрішній поверхні корпусу, який має більш високу температуру, полімери розплавляються більш інтенсивно і утворюють слизьку поверхню, що затрудняє процес шнекової подачі відходів у реактор, в результаті продуктивність відомої установки низька.Для забезпечення необхідної продуктивності установка потребує необґрунтованого збільшення габаритів установки, відповідно збільшуються теплові витрати для забезпечення робочих режимів, що суттєво знижує технічні характеристики установки і збільшує експлуатаційні витрати. Таким чином, відома конструкція установки не може забезпечити надійну термічну утилізацію побутових відходів. В основу даної корисної моделі поставлено задачу удосконалити модуль для піролізу органічних побутових відходів шляхом введення нових конструктивних елементів, які дозволять надійно просувати відходи по всій довжині реактора незалежно від їх складу і температури елементів конструкції, які беруть участь у пересуванні указаних відходів, що забезпечить збільшення інтенсивності теплопередачі від поверхні корпусу до холодних відходів за рахунок їх перемішування в процесі пересування, при цьому продуктивність модуля по сировині збільшується в два-три рази, а габарити модуля зменшуються на 12-23 %. Поставлена задача вирішується тим, що модуль для піролізу органічних побутових відходів, який містить реактор піролізу з системою зовнішнього обігріву, бункери завантаження та розвантаження, патрубок для відведення парогазової суміші із реактора, багатоконтурну циркуляційну систему, кожний контур якої має охолоджувач і трубопроводи для повернення у реактор важкої рідкої фракції, відповідно до корисної моделі, реактор виконаний багатосекційним, секції розташовані одна над другою, кожна із них виконана у вигляді повздовжнього короба, всередині якого вмонтований горизонтально ланцюговий кільцевий скребковий транспортер, з двох сторін всередині кільця якого, на прямій ділянці, по всій висоті короба встановлені дві повздовжні пластини, кінці яких з'єднані овальною перемичкою, а патрубок для відведення парогазової суміші розташований зверху короба в центрі середнього кільця, на одному із округлень транспортера встановлена ведена зірочка з електричним приводом, а на другому - відома зірочка, оснащена натяжним механізмом, зі сторони веденої зірочки, на початку прямої ділянки транспортера, зверху короба встановлений патрубок входу відходів, на якому, в верхній секції, змонтований бункер для завантаження, а в нижній частині короба, в місці закруглення короба, встановлений патрубок виходу оброблених відходів, а трубопроводи повернення у реактор важкої рідкої фракції встановлені зверху 5 короба над прямолінійною частиною транспортера зі сторони входу відходів, бункер розвантаження змонтований на патрубку виходу оброблених відходів нижньої секції, а у всіх проміжних секціях патрубок входу відходів наступної секції герметично встановлений над патрубком виходу, при цьому система зовнішнього обігріву виконана у вигляді короба димоходу, встановленого навколо кожної секції реактора, димохід оснащений нижнім каналом в прямому і верхнім в зворотному напрямках руху димових газів, нижній і верхній канали димоходу, відповідно, оснащені вхідним і вихідним димовими патрубками, на вхідному димовому патрубку нижньої секції встановлений пальник, а на вихідному патрубку верхньої секції встановлений димосос та димова труба, у всіх проміжних секціях нижній димовий патрубок верхньої секції герметично з'єднаний з верхнім димовим патрубком нижньої секції. Вісь відомої зірочки зверху і знизу оснащена двома тягами, на яких з зовнішньої сторони реактора установлені пружини натягу ланцюга транспортера. Між нижнім каналом димоходу і верхнім встановлена повздовжня горизонтальна перегородка, яка розташована герметично посередині висоти секції реактора на внутрішній боковій поверхні короба димоходу, верхній і нижній канали димоходу постачені поперечними перегородками, які розташовані в шаховому порядку для формування зигзагоподібного руху димових газів. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між істотними ознаками модуля, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, необхідно відзначити наступне. 1. Ознаки: "...реактор виконаний багатосекційним, секції розташовані одна над другою, кожна із них виконана у вигляді повздовжнього короба, всередині якого вмонтований горизонтально ланцюговий кільцевий скребковий транспортер, з двох сторін середнього кільця якого, на прямій ділянці, по всій висоті короба установлені дві повздовжні пластини, кінці яких з'єднані овальною перемичкою, а патрубок для відведення парогазової суміші розташований зверху короба в центрі середнього кільця... ", що по - перше, виконання реактора багатосекційним забезпечує ступінчате розподілення температур, починаючи з температури 600-800 °С на нижній секції, вона знижується до 150-200 °С на верхній, що виключає різкі температурні удари на нагрітому матеріалі корпуса секції реактора, при подачі і просуванні холодних відходів по кожній секції. Крім цього, розташування секцій одна над другою дозволяє зменшити габарити модуля на 12-23 % в порівнянні з відомою конструкцією реактора. По - друге, виконання секції у вигляді короба з горизонтальним ланцюговим кільцевим скребковим транспортером дозволяє надійно захвачувати скребками вхідні відходи, незалежно від різниці температур корпуса реактора, скребків і відходів. Крім того, в процесі просування відходів по реактору вони перемішуються, при цьому збільшується коефіцієнт теплопередачі між гарячим корпусом і холодними відходами, що забезпечує збільшення продуктивності модуля. Розташування скребків і 61048 6 відповідно відходів на найбільш нагрітій частині реактора, днищі короба, забезпечує найбільший тепловий контакт між холодними відходами і гарячим корпусом. По - третє, повздовжні пластини забезпечують, з однієї сторони, формування направленого потоку відходів, а з другої - утворюють порожнину, в якій через отвір, утворений овальною перемичкою, збирається парогазова суміш (ПГС), яка частково перегрівається, відстоюється і в подальшому ламінарним потоком поступає на контури, при цьому всі тверді часточки, які знаходяться в об'ємі ПГС, осідають на дно, що виключає попадання їх в патрубок для відведення парогазової суміші в контури. 2. Ознаки: "...на одному із округлень транспортера установлена ведена зірочка з електричним приводом, а на другому відома зірочка, вісь якої зверху і з низу постачена натяжним механізмом у вигляді двох тяг, на яких з зовнішньої сторони реактора установлені пружини натягу ланцюга транспортера, із сторони веденої зірочки, на початку прямої ділянки транспортера, зверху короба установлений патрубок входу відходів, на якому, в верхній секції, змонтований бункер для завантаження... ", в процесі нагріву реактора, ланцюг постійно міняє свою довжину, для її компенсації установлені пружини, які постійно натягують ланцюг транспортера, який розширюється, що запобігає його заклинюванню. Крім цього, при попаданні в реактор негабаритного предмету, наприклад камінця, ланцюг за допомогою пружин може змінювати свою форму, що також виключає його заклинювання і що забезпечить надійне просування відходів, в даному разі камінця по реактору. Пружини винесені за межі реактора і димоходу, що виключає вплив на них високої температури, що збільшує надійність їх роботи. Розташування патрубка входу відходів зверху короба на початку прямої ділянки транспортера, забезпечує рівномірну і надійну подачу відходів на транспортер, при цьому відходи, які мають меншу температуру ніж середня температура реактора, поступають на ту частину транспортера, яка має найнижчу температуру, характерну для даної секції, таким чином, виключається температурний удар на конструкцію реактора, що зменшує вірогідність його деформації і збільшує надійність його роботи. 3. Ознаки: "...в нижній частині короба, в місці його закруглення установлений патрубок виходу оброблених відходів, а трубопроводи повернення у реактор важкої рідкої фракції установлені зверху короба над прямолінійною частиною транспортера зі сторони входу відходів, а бункер розвантаження змонтований на патрубку виходу оброблених відходів нижньої секції, у всіх проміжних секціях патрубок входу відходів наступної секції герметично установлений над патрубком виходу ... ",таким чином, розташування патрубка виходу оброблених відходів із реактора забезпечує проходження їх у реакторі по максимальній траєкторії, що дозволяє нагріти їх до максимальної температури в даній секції. Герметичне розташування у всіх проміжних секціях патрубка входу відходів наступної секції над патрубком виходу забезпечує поверхове розташування секцій реактора, при цьому габарити 7 модуля зменшуються на 12-23% в порівнянні з відомою конструкцією реактора. Крім цього, указане розташування забезпечує послідовне проходження відходів по всіх секціях зі зростанням температури, що сприяє повному видаленню летких фракцій із утилізованої органіки і відповідно збільшує продуктивність модуля.. 4. Ознаки: "...система зовнішнього обігріву виконана у вигляді короба димоходу, встановленого навколо кожної секції реактора, димохід, постачений нижнім каналом в прямому і верхнім в зворотному напрямках руху димових газів, нижній і верхній канали димоходу, відповідно, постачені вхідним і вихідним димовими патрубками, на вхідному димовому патрубку нижньої секції встановлений пальник, а на вихідному патрубку верхньої секції встановлений димосос та димова труба, у всіх проміжних секціях нижній димовий патрубок верхньої секції герметично з'єднаний з верхнім димовим патрубком нижньої секції, між нижнім і верхнім каналами димоходу встановлена повздовжня горизонтальна перегородка, яка розташована герметично посередині висоти секції реактора на внутрішній боковій поверхні короба димоходу, верхній і нижній канали димоходу постачені поперечними перегородками, які розташовані в шаховому порядку для формування зигзагоподібного руху димових газів"», що по-перше, за рахунок установленої повздовжньої горизонтальної перегородки на реакторі забезпечується більш інтенсивний нагрів нижньої частини реактора, що суттєво збільшує його продуктивність. По - друге, послідовне з'єднання димоходу секцій забезпечує зменшення температури кожної наступної секції, починаючи з нижньої, що забезпечує зменшення температурного удару на конструкцію верхньої секції при подачі в неї холодних відходів. По - третє, зигзагоподібний рух димових газів забезпечує максимальну тепловіддачу нагрітих димових газів корпусу реактора. По - четверте, розташування пальника на нижній секції створює умови для максимального нагріву нижньої частини корпусу реактора нижньої секції, що забезпечує максимальний нагрів твердого остатку відходів, перед виходом їх із реактора, з максимальним видаленням з них летких компонентів. Таким чином, сукупність істотних ознак модуля забезпечує надійну роботу всіх технологічних елементів модуля, при високому ступені утилізації шкідливих для навколишнього середовища відходів з одержанням на виході якісного альтернативного палива. При цьому продуктивність модуля по сировині збільшується в 2-3 рази, а габарити модуля зменшуються на 12-23 %. Суть корисної моделі корисної моделі пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1. Зображена схема загального вигляду модуля (головний вид модуля, з боку); на фіг. 2. Зображений розтин секції реактора по А-А; на фіг. 3. Зображений розтин секції реактора по Б-Б; на фіг. 4. Зображений розтин секції реактора по К-К; 61048 8 на фіг. 5. Зображений розтин секції реактора по С-С. Стрілками позначені потоки: В - подача сировини; М - вихід парогазової суміші важких фракцій до багатоконтурної циркуляційної системи; N - повернення у реактор сконденсованих важких рідких фракцій; С - вихід твердого залишку (технічного вуглецю); ПГСл - вихід парогазової суміші легких фракцій; Г - рух димових газів в системі зовнішнього обігріву реактора. Модуль для піролізу органічних побутових відходів, який включає секцію реактора піролізу 1 (фіг. 1, 2, 3, 4, 5), з системою 2 зовнішнього обігріву(фіг. 3, 4, 5), бункери завантаження 3 та розвантаження 4, патрубок 5 для відведення парогазової суміші із реактора в багатоконтурну циркуляційну систему, кожний контур 6, 7, 8 якої має повітряний охолоджувач 9, 10, 11 з електроприводом 12, 13, 14 і відповідно трубопровід 15 для повернення у реактор важкої рідкої фракції. Реактор виконаний багатосекційним, наприклад трисекційним, секції 1, 16, 17 розташовані одна над другою, кожна із них виконана у вигляді повздовжнього короба, в середині якого вмонтований горизонтально ланцюговий кільцевий скребковий транспортер 18, (фіг. 2), в середині якого з двох сторін, на прямій ділянці, по всій висоті короба, установлені дві повздовжні пластини 19, кінці яких, з'єднані овальними перемичками 20, 21, а патрубки 5, 22, 23 відповідної секції 1, 16, 17 (фіг. 1, 2) для відведення парогазової суміші розташовані зверху короба в центрі транспортера 18. На одному із округлень короба установлена ведена зірочка 24 з електричним приводом 25, (фіг. 2, 3) а на другому - відома зірочка 26, вісь 27 якої зверху і знизу постачена двома тягами 28 і 29, на яких з зовнішньої сторони реактора установлені пружини 30, 31 натягу ланцюга транспортера 18. Зі сторони веденої зірочки 24, на початку прямої ділянки 32 (фіг. 2) транспортера 18. Зверху короба кожної секції 1, 16, 17 установлені патрубки 33, 34, 35 відповідно входу відходів від верхньої секції в нижню. А на верхній секції 1, над патрубком 33, змонтований бункер 3 для завантаження відходів В, в нижній частині короба в місці закруглення короба установлені патрубки 36, 37, 38, на останньому 38 нижньої секції 17 змонтований бункер 4 виходу твердого залишку (технічного вуглецю С). В. У всіх проміжних секціях, наприклад 16, патрубок 34 входу відходів герметично установлений з патрубком виходу 36, а на секції 1 патрубок 35 входу відходів секції 17 герметично установлений з патрубком виходу 37 секції 16. Трубопроводи 15, 39, 40 повернення у реактор важкої рідкої фракції установлені зверху короба відповідної секції над прямолінійною частиною 32 транспортера 18, зі сторони входу сировини. Система зовнішнього обігріву 2 (фіг. 3) виконана у вигляді короба димоходу, встановленого навколо кожної секції реактора 1, 16, 17, димохід (фіг. 3) постачений нижнім каналом 41 в прямому і верхнім 42 в зворотному напрямках руху димових газів 9 (фіг. 3, 4, 5), нижній 41 і верхній 42 канали димоходу секції 1 постачені вхідним 43 і вихідним 44 димовими патрубками, відповідно секція 16 - вхідним 45 і вихідним 46, а секція 17 - вхідним 47 і вихідним 48 патрубками. На вхідному димовому патрубку нижньої секції 17 встановлений пальник 49, а на вихідному патрубку 44 верхньої секції 1 встановлений димосос 50 та димова труба 51, у всіх проміжних секціях нижній димовий патрубок верхньої секції герметично з'єднаний з верхнім димовим патрубком нижньої секції, наприклад 43 із 46, 45 із 48. Між нижнім каналом димоходу 41 і верхнім 42 розташована повздовжня горизонтальна перегородка 52, яка встановлена герметично посередині висоти секції реактора на внутрішній боковій поверхні короба димоходу. Верхній 42 і нижній 41 канали димоходу (фіг 3, 4, 5), постачені поперечними перегородками 53, які розташовані в шаховому порядку для формування зигзагоподібного руху димових газів. Модуль для піролізу органічних побутових відходів працює наступним чином: Попередньо реактор розігрівається до необхідної робочої температури 600-800 °С за рахунок гарячих димових газів (Г), які рухаються послідовно по секціях 1, 16, 17 реактора від пальника 49, розташованого на вхідному димовому патрубку 47 нижньої секції 17. З пальника 49 димові гази виходять з максимальною температурою 900-1100 °С і поступають в нижній канал 41 димоходу (фіг 3, 4) нижньої секції 17, в якій вони рухаються по всій довжині реактора зигзагоподібно за рахунок поперечно встановлених перегородок 53, забезпечуючи максимальний нагрів нижньої частини корпуса реактора. В кінці горизонтальної перегородки 33, яка розділяє димохід 2 на нижній канал 43 і верхній канал 41, димові гази переходять в верхній канал 41 (фіг. 3, 4, 5), де вони також рухаються зигзагоподібно, за рахунок поперечно встановлених перегородок 53, по всій довжині реактора в зворотному напрямку. Далі димові гази переходять по патрубках 48 і 45 на середню секцію 16, потім по патрубках 46 і 43 - в середню секцію 1. Для забезпечення необхідної тяги димових газів і їх стабілізації при проходженні їх через секції 1, 16, 17 на вихідному патрубку 44 секції 1 установлений димосос 50 і димова труба 51. Після нагріву реактора до температури 300 °С включають електричний привод 25 веденої зірочки 24 ланцюгового транспортера 18 (фіг. 3), а при досягненні у верхній секції температури 400 °С в бункер 3 подаються відходи, які будуть утилізуватися, далі вони через патрубок 33 надходять у секцію 1 реактора і захоплюються скребками ланцюгового транспортера 18 (фіг. 2, 3), який просуває їх в реакторі по колу. Повздовжні пластини 19 установлені в середині реактора, не дають відходам виходити за межі дії транспортера. Ланцюг 18 постачений натяжним механізмом, який в процесі роботи забезпечує постійний натяг ланцюга за допомогою відомої зірочки 26, вісь якої зв'язана штоками 28, 29 з пружинами 30, 31, які постійно находяться в натягнутому положенні. А при потраплянні в реактор не 61048 10 габаритних відходів, в тому числі великих камінців, ланцюг 18 за рахунок пружин 30, 31, штоків 28, 29 і відомої зірочки 26, може змінювати свою форму, що також виключає його заклинювання в аварійній ситуації і забезпечує надійне просування відходів (В) по реактору. Пружини 30, 31 винесені за межі реактора і димоходу, що виключає вплив на них високої температури і збільшує надійність їх роботи. В процесі просування відходи нагріваються з утворенням парогазової суміші важких компонентів, які у вигляді парогазової суміші (ПГС) надходять через індивідуальні патрубки 5, 22, 23 від кожної секції 1, 16, 17 (потік М) у відповідні контури 6, 7, 8, багатоконтурної циркуляційної системи. Кожен із контурів має систему повітряного охолодження у вигляді вентиляторів 9, 10, 11 і їх електроприводів 12, 13, 14. Після проходження транспортером 18 всього кола, відходи провалюються в патрубок 36, а далі в - патрубок 34 нижньої секції 16, де вони також захоплюються транспортером 18 секції 16, яка нагріта до температури, наприклад 500 °С, більшої ніж температура верхньої секції 1. Відходи в секції 16 рухаються аналогічно як в секції 1 також з утворенням парогазової суміші, яка надходить на відповідний контур 7 багато контурної циркуляційної системи, через патрубки 5, 22, 23 відповідної секції (потік М), після чого частково оброблені відходи провалюються в патрубок 37 секції 16, далі потрапляють в патрубок 35 секції 17, де вони рухаються аналогічно, нагріваючись до максимальної температури 600-800 °С, також з утворенням парогазової суміші, яка надходить у контур багатоконтурної циркуляційної системи, після чого утворений твердий залишок у вигляді технічного вуглецю провалюється в патрубок 38 секції 17 і далі надходить до бункера 4 для видалення його із реактора. Гаряча ПГС, яка надійшла до контурів 6, 7, 8 охолоджуються в них за допомогою вентиляторів 9, 10, 11, які обертаються з допомогою відповідних електроприводів 12, 13, 14, при цьому утворюється конденсат, рідка фракція N, яка стікає по трубопроводу кожного контуру і надходить до реактора через патрубки 15, 39, 40 на тверді розігріті відходи, які пересуваються по реактору, де вони повторно нагріваються до температури, характерної для даної секції, при цьому відбувається деструкція важких компонентів рідкої фракції з утворенням більш легкої вторинної ПГС і так далі. Таким чином, процес циркуляції проходить до тих пір, поки на виході не утворяться компоненти летких фракцій (потік ПГСл), які надходять від кожного конденсатора 6, 7, 8 на вихідний конденсатор (на рис. не показано), де проходить розділення на рідкі легкі фракції (дизельне пальне) і піролізний газ. Таким чином, модуль забезпечує надійну роботу при високому ступені утилізації шкідливих для навколишнього середовища відходів з одержанням на виході якісного альтернативного палива. При цьому продуктивність модуля по сировині збільшується в 2-3 рази, а габарити модуля зменшуються на 12-23 %. 11 61048 12 13 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 61048 Підписне 14 Тираж 24 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