Спосіб переробки твердих побутових відходів за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру

Реферат: Спосіб переробки твердих побутових відходів за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру, включає попередній нагрів сировини для цементного клінкеру, кальцинацію, спікання кальцинованої сировини у печі з утворенням цементного клінкеру, охолодження цементного клінкеру у колосниковому холодильнику, сушіння твердих побутових відходів у сушильній камері за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру. Перед сушінням тверді побутові відходи піддають попередній класифікації і сепарації. Сушіння твердих побутових відходів проводять завдяки безпосередньому контакту відходів з нагрітим повітрям, що відходить із колосникового холодильника. Після сушіння тверді побутові відходи піддають хіміко-термічній переробці при температурі відходів, яка складає 100-500 °С, і без доступу повітря. Хіміко-термічну переробку проводять у апараті, вбудованому у колосниковий холодильник, всередині цього апарата розміщений пристрій для транспортування і перемішування відходів. UA 83321 U (54) СПОСІБ ПЕРЕРОБКИ ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ ЗА ДОПОМОГОЮ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ, ЩО ВИДІЛЯЄТЬСЯ ПІД ЧАС ОХОЛОДЖЕННЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛІНКЕРУ UA 83321 U UA 83321 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до переробки відходів і може бути використана для переробки твердих побутових відходів, а також в галузі виробництва цементного клінкеру. Процес перетворення теплової енергії із промислового устаткування в корисну роботу є однією з найважливіших проблем сьогодення. Відомий спосіб і апарат для охолодження цементного клінкеру, згідно з яким тепло нагрітого повітря, що відходить із колосникового холодильника цементного клінкеру, використовується для нагрівання води, яка потім використовується різними споживачами. [Патент США № 3.667.133 "Спосіб і апарат для охолодження цементного клінкеру", МПК F26B 5/00, заявка № 26958, опубл.6.06.1972 р.] До недоліків даного способу слід віднести те, що він повністю не вирішує проблему утилізації тепла нагрітого повітря, яке відходить із колосникового холодильника. Відома система апаратів для конверсії промислового тепла із промислового устаткування у корисну роботу [Патент ЕР 2 378 089 А1 "Система для перетворювання промислового тепла у корисну роботу", заявка № 10159727.6, опубліковано 19.10.2011 р]. Дане технічне рішення описує спосіб утилізації тепла, але не зазначає джерело тепла. Найближчим аналогом до рішення, яке заявляється, є спосіб і апарати для сушіння біологічних відходів за допомогою теплової енергії, що виділяється із колосникового холодильника цементного клінкеру. Даний спосіб включає нагрів сировини для цементного клінкеру, кальцинацію, спікання кальцинованої сировини у печі з утворенням цементного клінкеру, охолодження цементного клінкеру у колосниковому холодильнику, сушіння твердих побутових відходів у сушильній камері за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру. [Патент США № 7.434.332.В2 "Спосіб і апарати для сушіння біологічних відходів за допомогою теплової енергії, що виділяється із колосникового холодильнику цементного клінкеру", заявка № 10/958.756, опубліковано 14.10.2008 р.] До недоліків найближчого аналога слід віднести те, що наявність проміжного теплоносія, який передає тепло від нагрітого повітря до сушильної камери, обумовлює недостатню ефективність передачі теплової енергії до біологічних відходів, а це, в свою чергу, обмежує температуру нагріву відходів, яка складає всього 200-250°С. Недостатня ефективність передачі тепла не дає можливості вилучати токсичні компоненти, такі як хлор і фтор, що завжди присутні у твердих побутових відходах. Тобто, головний недолік найближчого аналогу звужує сферу його використання: цей спосіб можливо використовувати лише для біологічних відходів. У склад основної маси твердих побутових відходів усіх країн і міст входять, окрім біологічної складової, метал, пластмаса, скло і токсичні компоненти. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого способу переробки твердих побутових відходів за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру, у якому за рахунок використання нових операцій, таких, як використання процесу сушіння твердих побутових відходів завдяки безпосередньому контакту відходів з нагрітим повітрям, а також те, що після сушіння тверді побутові відходи піддають хімікотермічній переробці при температурі відходів, яка складає 100-500 °С, і без доступу повітря у апараті, вбудованому у колосниковий холодильник, вдалось би досягти технічного результату, який полягає в підвищенні ефективності передачі тепла, і, за рахунок цього, розширення сфери використання способу. Технічний результат, який досягається в наслідок використання даної корисної моделі, полягає в розширенні сфери використання способу. Даний технічний результат досягається тим, що у способі переробки твердих побутових відходів за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру, що включає нагрів сировини для цементного клінкеру, кальцинацію, спікання кальцинованої сировини у печі з утворенням цементного клінкеру, охолодження цементного клінкеру у колосниковому холодильнику, сушіння твердих побутових відходів у сушильній камері за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру, згідно з корисною моделлю, перед сушінням тверді побутові відходи піддають попередній класифікації і сепарації, сушіння твердих побутових відходів проводять завдяки безпосередньому контакту відходів з нагрітим повітрям, що відходить із колосникового холодильника, після сушіння тверді побутові відходи піддають хіміко-термічній переробці при температурі відходів, яка складає 100500 °С, і без доступу повітря, при цьому хіміко-термічну переробку проводять у апараті, вбудованому у колосниковий холодильник, всередині цього апарату розміщений пристрій для транспортування і перемішування відходів. При цьому попередній нагрів сировини для цементного клінкеру і кальцинацію проводять в циклонних теплообмінниках, а спікання кальцинованої сировини здійснюють у обертальній печі. 1 UA 83321 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При цьому як пристрій для транспортування і перемішування відходів, розміщений всередині апарата для хіміко-термічної переробки, використовують принаймні один шнековий або скребковий конвеєр. При цьому перероблені тверді побутові відходи використовують як паливо для виробництва цементного клінкеру. Аналіз співставлення з найближчим аналогом свідчить, що заявлений спосіб переробки твердих побутових відходів за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру відрізняється тим, що перед сушінням тверді побутові відходи піддають попередній класифікації і сепарації, сушіння твердих побутових відходів проводять завдяки безпосередньому контакту відходів з нагрітим повітрям, що відходить із колосникового холодильника, після сушіння тверді побутові відходи піддають хіміко-термічній переробці при температурі відходів, яка складає 100-500 °С, і без доступу повітря, при цьому хіміко-термічну переробку проводять у апараті, вбудованому у колосниковий холодильник, всередині цього апарата розміщений пристрій для транспортування і перемішування відходів. При цьому попередній нагрів сировини для цементного клінкеру і кальцинацію проводять в циклонних теплообмінниках, а спікання кальцинованої сировини здійснюють у обертальній печі. При цьому як пристрій для транспортування і перемішування відходів, розміщений всередині апарата для хіміко-термічної переробки, використовують принаймні один шнековий або скребковий конвеєр. При цьому перероблені тверді побутові відходи використовують як паливо для виробництва цементного клінкеру. Причинно-наслідковий зв'язок суттєвих ознак корисної моделі з технічним результатом, який досягається, полягає у наступному. Так, використання в процесі сушіння безпосереднього контакту нагрітого повітря з твердими побутовими відходами забезпечує підвищення ефективності передачі тепла. Наявність таких операцій, як проведення хіміко-термічної переробки відходів при температурі відходів від 100 до 500 °С без доступу повітря у апараті, вмонтованому у колосниковий холодильник, також забезпечує підвищення ефективності передачі тепла від цементного клінкеру до відходів за допомогою процесу випромінювання, що зумовлює розширення сфери використання способу у порівнянні з найближчим аналогом. Величина температури відходів від 100 до 500 °С встановлена експериментально і є необхідною для досягнення технічного результату. У випадку виконання цієї величини нижчою нижньої межі вказаного інтервалу швидкість реакції хімічного розпаду відходів різко знижується У випадку виконання цієї величини більшою, ніж верхня межа вказаного інтервалу, різко зменшується кількість твердого остатку хіміко-термічної переробки, що, в кінцевому рахунку, не дасть досягнення технічного результату. Суть корисної моделі пояснюється графічними матеріалами, де: на фіг. 1 зображена схема виробництва цементного клінкеру, на фіг. 2 зображена схема переробки твердих побутових відходів за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру. Спосіб реалізують наступним чином. Спочатку сировину 1 для цементного клінкеру, яка включає карбонати кальцію, глинозем, кремнезем і окис заліза, подають по трубопроводу 3 в систему попереднього нагріву, яка складається, наприклад, із циклонних теплообмінників 2, 5, 6 і 7, і кальцинатора 8, розміщених у каскаді і з'єднаних між собою трубопроводом 4, де вона поступово нагрівається і надходить на стадію кальцинації Процес кальцинації проводять у кальцинаторі 8 за допомогою пальника 9. Після кальцинації сировина надходить, наприклад, у обертальну піч 10, де відбувається її спікання і утворення нового продукту цементного клінкеру. Процес спікання є дуже енергоємним процесом. Теплова енергія для цього процесу утворюється під час спалення палива пальником 11. Утворений цементний клінкер надходить на охолодження у колосниковий холодильник 12, який обладнаний вентиляторами 13, де температура клінкеру знижується з 1100 до 90 °С. Цей процес супроводжується виділенням великої кількості тепла. Процес переробки твердих побутових відходів (див. фіг. 2) включає попередню класифікацію і сепарацію у відділенні попередньої класифікації 23, де тверді побутові відходи відділяють від пилу, металевих часток і дрібних часток, що не горять (скло, глина, каміння і т. д.) Продукти попередньої класифікації надходять по трубопроводу 24 і дозатору 25 на процес конвекційного сушіння у сушарку 18. Під час сушіння вологість матеріалу знижується з 20-60 % до 5-15 %. Як сушильний агент використовується нагріте повітря, що відходить із колосникового 2 UA 83321 U 5 10 15 20 25 30 35 40 холодильника 12 із більш прохолодної частини колосникового холодильника, температура якої складає 100-600°С. Як сушарку використовують сушарку барабанного типу. Перед подачею нагрітого повітря у сушарку 18 його очищують від пилу у апараті 15, наприклад циклоні. Пил, що уловлений у апараті 15, подається далі і змішується з потоком охолодженого цементного клінкеру 14. Очищене нагріте повітря насосом 16 по трубопроводу 17 подають у сушарку 18, над якою установлений вентиляційний пристрій 19. Відпрацьоване повітря по трубопроводу 20 надходить в апарат 21 для сухого очищення від пилу, а потім в апарат мокрого очищення 22. Очищене повітря із апарата 22 направляється в систему викидів газових відходів підприємства. Шлам, який утворюється в процесі очищення, направляють у апарат 53, у якому відбувається процес згущення і освітлення оборотної води. Згущений шлам надходить у сушарку 18 по трубопроводу 54 крізь дозатор 25. Висушені тверді побутові відходи по транспортному каналу 26 крізь дозатор 27 направляють на хіміко-термічну переробку у апарат 28. В цьому апараті відбувається нагрівання, остаточне сушіння і частковий розклад твердих побутових відходів. Температура відходів, що знаходяться у апараті, складає 100-500°С Такий температурний режим потрібен для забезпечення часткового розкладу відходів і вихід із них фтору, хлору і інших токсичних складових у газову фазу. Заданий температурний режим регулюється часом перебування відходів у апараті і їх кількістю. Апарат 28 вбудований у колосниковий холодильник 12 таким чином, щоб забезпечити можливість теплообміну випромінюванням між клінкером, який знаходиться у колосникового холодильнику і має температуру 700-1200°С, і стінкою апарата 28. Нагрів відходів у апараті 28 відбувається за рахунок контактного теплообміну між стінкою апарата 28 і відходами. Всередині апарата 28 розміщений пристрій для транспортування і перемішування відходів, наприклад, шнековий конвеєр 29. Всі процеси у апараті 28 проводяться без доступу повітря. Газоподібні продукти хіміко-термічної переробки твердих побутових відходів із апарата 28 по трубопроводу 30 надходять у апарат 31, у якому відбувається виведення сполук, які містять хлор і фтор. Очищені газоподібні продукти направляються по трубопроводу 32, де переміщуються та спалюються в кальцинаторі 8. Очищення сполук, які містять хлор і фтор, відбувається за рахунок хемосорбції за допомогою подачі розчину лугу у апарат 31 по трубопроводу 33. Тверді побутові відходи із апарата 28 надходять у охолоджувач 34. Охолоджені відходи по трубопроводу 35 направляють у здрібнювач 36. Здрібнені побутові відходи по трубопроводу 37 направляють у сховище 38. У окремому випадку виконання ці відходи використовують як паливо для виробництва цементного клінкеру. Залежно від вимог виробництва і показників палива, частина палива крізь дозатор 39 по трубопроводу 40 надходить у тимчасове сховище 41, а потім крізь дозатор 42 по трубопроводу 43 подається у пальник 11 обертальної печі 10. Частина палива по трубопроводу 44 подається в дозатор 45, а потім по трубопроводу 46 надходить у гранулятор 47. Після гранулятора 47 гранули відходів по каналу 48 подаються у сховище 49. Гранули відходів із сховища 49 надходять у пальник кальцинатора 8 крізь устаткування для транспортування і дозування 50, 51 та 52. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 1. Спосіб переробки твердих побутових відходів за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру, що включає попередній нагрів сировини для цементного клінкеру, кальцинацію, спікання кальцинованої сировини у печі з утворенням цементного клінкеру, охолодження цементного клінкеру у колосниковому холодильнику, сушіння твердих побутових відходів у сушильній камері за допомогою теплової енергії, що виділяється під час охолодження цементного клінкеру, який відрізняється тим, що перед сушінням тверді побутові відходи піддають попередній класифікації і сепарації, сушіння твердих побутових відходів проводять завдяки безпосередньому контакту відходів з нагрітим повітрям, що відходить із колосникового холодильника, після сушіння тверді побутові відходи піддають хімікотермічній переробці при температурі відходів, яка складає 100-500 °С, і без доступу повітря, при цьому хіміко-термічну переробку проводять у апараті, вбудованому у колосниковий холодильник, всередині цього апарата розміщений пристрій для транспортування і перемішування відходів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що попередній нагрів сировини для цементного клінкеру і кальцинацію проводять в циклонних теплообмінниках, а спікання кальцинованої сировини здійснюють у обертальній печі. 3 UA 83321 U 5 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перероблені тверді побутові відходи використовують як паливо для виробництва цементного клінкеру. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як пристрій для транспортування і перемішування відходів, розміщений всередині апарата для хіміко-термічної переробки, використовують принаймні один шнековий або скребковий конвеєр. 4 UA 83321 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5