| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2105245
СПОСІБ ПЕРЕРОБКИ ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ І ПРОМИСЛОВИХ ВІДХОДІВ
Ім'я винахідника: Воловик А.В .; Вертман О.О .; Пузач В.Г .; Кузнєцов В.М .; Шовків Е.М.
Ім'я патентовласника: Науково-дослідний центр "Екологія"
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1995.10.13
Винахід відноситься до області комплексної переробки твердих побутових і промислових відходів. Спосіб переробки твердих відходів включає підготовку, завантаження в шахтну піч, подачу палива, повітря і висновок генераторного газу, рідкого шлаку і рідкого металу. Особливістю способу є те, що переробку відходів здійснюють з додатковим введенням в піч вапняку, низькосортного твердого палива і флюсів, причому відходи піддаються заздалегідь компактування, різанні і завантажуються в піч пошарово із зазначеними компонентами, причому в колошникового зоні печі створюють надлишковий тиск газу. В результаті запропонованої переробки відходів отримують товарну продукцію у вигляді горючого газу, чавуну і шлаку заданого складу, з якого отримують якісні будівельні матеріали. Власні відходи відсутні.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до комплексної переробки твердих побутових і промислових відходів з одночасним отриманням будівельних матеріалів, горючих газів і рідкого металу.
Відомий спосіб переробки твердих відходів в енергетичне паливо, що полягає в термічному розкладанні відходів в процесі піролізу. У цьому способі утилізується максимальну кількість тепла від спалювання горючої складової відходів, проте не вирішується завдання комплексного використання продуктів переробки відходів для енергетичних і промислових потреб. В результаті переробки відходів за відомим способом утворюються власні шлаковидні матеріали з неконтрольованим складом, в тому числі з вмістом шкідливих компонентів, яким необхідно поховання [1].
Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб переробки твердих побутових і промислових відходів при їх газифікації в шахтної печі. Відомий спосіб полягає у завантаженні відходів у вертикальну негерметичну шахтну піч, подачу додаткового палива і гарячого повітря в нижню частину шахтного печі, висновок з неї пального газу і пароподібні компонентів, а й шлаку і рідкого металу з нижньої частини шахтної печі [2].
В даному способі можуть використовуватися тверді побутові та промислові відходи з теплотворною здатністю 1000-1300 ккал / кг; передбачена подача знизу печі гарячого повітря з температурою 1000-1200 o С і додаткового газоподібного, рідкого або пилоподібного палива для підігріву переробляються з низьким вмістом в них власних горючих компонентів.
До недоліків відомого способу можна віднести нестабільність процесу переробки відходів по висоті стовбура шахтної печі, високі значення виносу пилу і золи і порівняно низьку ефективність процесу в цілому.
Нестабільність процесу переробки відходів в стовбурі печі за відомим способом пов'язана, з одного боку, з коливаннями складу і локальної щільності шихти по висоті печі при низькій середній щільності завантажених відходів (0,3-0,7 т / м 3), а з іншого боку - з необхідністю підтримки в печі робочої температури вище 1800 o с, що пов'язано з високою температурою плавлення утворюються шлаків (1550-1650 o с). При меншій температурі в результаті нерівномірного оплавлення негорючих компонентів відходів утворюються сплавлені конгломерати шихти, що дестабілізують процес переробки.
Завдання винаходу - створення способу комплексної переробки твердих побутових і промислових відходів в широкому діапазоні складів вихідних компонентів твердих побутових і промислових відходів, в тому числі при їх недостатньою теплотворної здатності, а й підвищення надійності, економічної ефективності та екологічної безпеки переробки відходів промисловим способом, що дозволяє отримувати в значних обсягах енергетичне паливо, будівельні шлаки і рідкий чавун.
Рішення зазначеної задачі досягається тим, що в способі переробки твердих побутових і промислових відходів, що включає їх підготовку і завантаження в вертикальну шахтну піч, подачу палива і гарячого повітря в нижню частину шахтного печі, висновок генераторного газу і пароподібні компонентів в її верхній частині і вивід шлаку і рідкого металу в нижній частині шахтної печі, відповідно до винаходу переробку відходів здійснюють в герметичній шахтної печі з додатковим введенням вапняку, низькосортного твердого палива і флюсосодержащіх матеріалів, причому відходи заздалегідь піддають компактування і різанні на мірні шматки, які завантажують в шахтну піч пошарово із зазначеними додатковими компонентами з часткою вапняку 0,05-0,25 від маси відходів, причому в колошникового зоні печі нижче завантажувального пристрою створюють надлишковий тиск газоподібних продуктів переробки в діапазоні 1,1-1,5 ата.
Крім того, в запропонованому способі різання компактірованних відходів здійснюють на мірні шматки розміром 50-600 мм; висоту шару завантаження в шахтну піч відходів витримують в діапазоні 0,2-1,2 м; частку низькосортного твердого палива встановлюють в діапазоні 0,1-0,35 від маси завантажених відходів; додатково в рідкий шлак вводять флюси в кількості до 0,15 від маси шлаків; додатково здійснюють завантаження металевого брухту в кількості до 0,15 від маси відходів і підтримують температуру подаваного в піч повітря в діапазоні 1000-1500 o С при сумарному коефіцієнті надлишку окислювача 0,5-0,7.
Пошарова завантаження шахтної печі для комплексної переробки твердих побутових і промислових відходів з подачею зазначеної кількості вапняку дозволяє вирішити важливу задачу зниження температури плавлення шлаків до 1200-1300 o С і одночасно забезпечує вловлювання шкідливих парогазових компонентів переробки, в тому числі сірки та її сполук.
При завантаженні в піч вапняку в кількості менше 0,05 від маси відходів не забезпечується зниження температури утворюється шлаку, в повному обсязі зв'язується сірка.
Завантаження вапняку в кількості більше 0,25 від маси відходів погіршує склад шлаку, в результаті чого він не може бути використаний для виробництва будівельних матеріалів.
Надмірний тиск у колошниковой зоні печі не повинно бути менше 1,1 ата для подолання гідравлічного опору тракту споживача, яке зазвичай не перевищує 0,1-0,5 ати. Для вільного виведення генераторного газу і зниження його зольності в колошниковой зоні між завантажувальним пристроєм і верхнім шаром завантажених відходів організовується вільний простір для парогазової подушки, що займає 15-20% від повної висоти печі.
Подача в шахтну піч твердого низькосортного палива (буре вугілля, торф, кокс, сланець і ін.) В кількості менше 0,1 від маси завантажених відходів не забезпечує гарантоване розплавлення негорючих компонентів шихти в разі коливання кількості негорючої складової в завантажуваних відходах.
Частка палива 0,35 від маси завантажених відходів забезпечує гарантовану переробку відходів, що складаються повністю з негорючих компонентів.
Висоту шарів, що завантажуються в піч відходів, підтримують в діапазоні 0,2-1,2 м. При товщині шару менше 0,2 м важко забезпечити фракціонування великогабаритних відходів, а при товщині більше 1,2 м не встигають проходити процеси піролізу і розплавлення за час проходження ним робочого простору печі.
Компактування відходів проводять на стандартному обладнанні до середньої щільності 1,0-2,5 т / м 3, після чого здійснюють їх різання на мірні шматки розміром не менше 50 мм, при яких винесення твердих частинок золи невеликий, і не більше 600 мм - по розмірами прохідних перетинів завантажувальних пристроїв.
Введення флюсів в кількості більше 0,15 від маси шлаку горновий частини печі призводить до неприпустимого зміни складу шлаків, що утрудняє їх корисне використання.
Подача додаткової кількості металевого брухту в піч понад 0,15 від маси завантажених відходів порушує стабільність роботи печі, оскільки при цьому не забезпечується своєчасне і повне розплавлення негорючих складових відходів.
Температура подаваного в нижню частину шахтного печі повітря не повинна бути нижче 1000 o С внаслідок нестачі тепла для переробки відходів (газифікації, плавки шлаку і чавуну). При збільшенні температури повітря понад 1500 o С відбувається зниження стійкості футеровки горна.
Сумарний коефіцієнт надлишку окислювача в цьому випадку повинен бути не нижче 0,5 для повної газифікації вуглецю в СО і не повинен бути більше 0,7, так як в цьому випадку зростає кількість СО 2 на виході печі.
В цілому запропонований спосіб переробки відходів здійснюється з зазначеним вище послідовністю операцій і режимами їх проведення.
Особливістю цього способу є те, що радикально змінюється операція підготовки відходів, додатково здійснюється компактування відходів до щільності 1,0-2,5 т / м 3 і подальша різка їх на мірні шматки.
Така зміна щільності і складу відходів з додатковою пошаровим завантаженням в піч вапняку, низькосортного твердого палива і флюсів в зазначених пропорціях і послідовності забезпечує рівномірний прогрів шихти, виділення генераторного газу, проплавление негорючих компонентів і поділ рідкого чавуну і шлаків.
Зміна складу відходів без порушення стабільності роботи печі можливо в досить широких межах аж до відсутності горючих компонентів або металевої або мінеральної складових. У цих випадках здійснюються відповідні добавки необхідного складу.
Додавання вапняку в корені змінює схему процесу переробки твердих побутових і промислових відходів, забезпечуючи зниження температури плавлення шлаків, зв'язування шкідливих парогазових компонентів, в тому числі сірчистих сполук. Введення низькосортного твердого палива, як вказувалося, і стабілізує процес переробки відходів в шахтній печі. Введення флюсів в шлак і / або в піч сприяє отриманню шлаку такого складу, з якого можна отримувати якісну будівельну продукцію.
Створення надлишкового тиску газоподібних продуктів переробки відходів в герметичній зоні у верхній частині шахтної печі сприяє підтримці параметрів температури, тиску і складу парогазових продуктів переробки відходів по висоті печі в необхідних межах, що забезпечують її стабільну роботу.
Товщина шарів завантажуються в піч відходів є важливим параметром, що впливає на температурний режим переробки відходів по всій висоті шахтної печі при заданій продуктивності.
Теплові розрахунки і експериментальні дані підтверджують стабільність процесу в печі при зазначених параметрах завантаження.
Крім того, наведений комплекс операцій і режимів забезпечує підвищення надійності роботи футерування в горновий зоні печі і металоконструкцій в колошниковой зоні.
Підвищення екологічних характеристик запропонованого способу переробки відходів пов'язано з більш повним видаленням з минає парогазової суміші сполук сірки, важких металів, пилу і золи за рахунок докорінної зміни складу завантажуваних компонентів разом з відходами, проведення піролізу відходів і вугілля при нестачі кисню, режимів їх переробки і введення відповідних фільтрів очищення генераторного газу в лінії споживача.
Цикл переробки відходів відповідно до даного способу є замкнутим за власними відходів.
Економічна ефективність даного способу переробки може бути визначена при конкретних техніко-економічних розрахунках сміттєпереробного підприємства заданої продуктивності з відомими обмеженнями по екологічної безпеки.
Попередні оцінки показують значне збільшення виходу передільного чавуну і будівельних шлаків, придатних для використання в якості високоякісних матеріалів при випуску відповідної продукції, наприклад методом лиття, а й підвищення калорійності горючих газів, які використовуються, наприклад, в парогазових установках для виробництва електроенергії.
Приклад здійснення запропонованого способу розглянуто по структурній схемі пристрою для переробки твердих побутових і промислових відходів, представленого на кресленні.
 |
Пристрій для переробки відходів містить вертикальну шахтну піч 1 і ділянку 2 приймання, зберігання, компактірованія і різання відходів на мірні шматки для їх подачі в піч 1 пошарово з твердим паливом, вапняком і флюсами. Крім того, пристрій має систему 3 для очищення газів з печі 1, систему 4 для використання генераторного газу, наприклад, для вироблення електроенергії в парогазових установках, систему 5 для нагріву повітря і подачі його в шахтну піч 1 і ділянки 6,7 для випуску чавуну і шлаку. Шахтна піч 1 для переробки відходів у верхній частині забезпечена відповідними засобами для завантаження відходів, низькосортного твердого палива, вапняку, флюсів та виведення генераторного газу, а в нижній частині - засобами для підведення гарячого повітря, виведення чавуну і шлаку. Верхня частина шахтної печі 1 має герметичну конструкцію завантажувального пристрою, що забезпечує надлишковий тиск для подачі генераторного газу споживачеві. |
ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ ВІДХОДІВ працює наступним чином
На ділянку 2 безперервно надходять і складуються тверді побутові та промислові відходи різних підприємств. Відходи потім надходять на ділянку для компактування і різання на мірні шматки. Після підготовки відходи завантажують, наприклад, транспортером в шахтну піч 1. Пошарова укладання відходів, палива, вапняку і флюсів в піч здійснюється за допомогою автоматичних завантажувальних механізмів. Високотемпературні регенеративні нагрівачі системи 5 забезпечують подачу гарячого повітря в нижню частину печі 1. Рік, що минає з шахтної печі генераторний газ подається через систему очищення 3 в систему 4 для використання газу споживачем і в систему 5 на власні потреби. На ділянках 6 і 7 здійснюється випуск чавуну і шлаку з шахтної печі для транспортування їх споживачам.
Розглянемо більш докладно роботу шахтної печі
В горн печі 1 через фурмені пристрої вдувається гаряче повітря з температурою не нижче 1000 o С. Кисень дуття спалює вуглець шихти по реакції
З + 0,5 О 2 + 1,88 N 2 = СО + 1,88 N 2 + Q,
де Q - тепловий ефект реакції.
Утворені продукти згоряння мають температуру вище 2000 o С і не містять таких окислювачів як О2, СО 2, Н 2 О, так як вони при наявності в шихті великої кількості вуглецю з високою реакційною здатністю вступають з ним у взаємодію з утворенням СО і Н 2 . Висока температура газів, що утворюються забезпечує розплавлення будь-яких негорючих матеріалів шихти, а висока відновлювальна здатність газів забезпечує відновлення з оксидів заліза, кольорових металів, марганцю і частково кремнію.
Спалювання вуглецю і розплавлення шихти призводять до утворення незаповненого простору в горні, в яке спрямовуються зверху нерозплавлений шихтові матеріали. Утворені гази, проходячи по зазорам вгору назустріч опускається шихті, нагрівають її, забезпечуючи випаровування всіх летких елементів і вологи, і виходять з печі через газовідводи з температурою 100-400 o С.
Наявність високих температур і відновної газового середовища забезпечує безумовне розкладання органічних речовин і запобігання утворенню складних молекул шкідливих домішок, таких як діоксини, фурану, оксиди азоту і т. П. В результаті піролізу в діапазоні температур 250-900 o С твердих побутових відходів утворюються гази Н 2, СН 4, СО, СО 2, твердий коксозольний залишок, ароматичні вуглеводневі сполуки. Шкідливі речовини в атмосфері піролізу утворюють N 2 S, і NH 3, а важкі метали, хром, мідь, нікель, цинк, свинець повністю переходять в твердий залишок піролізу, ртуть переходить в газоподібний стан, кадмій при температурі більше 600 o С в основному переходить в газову фазу.
Пропонований спосіб отримання горючих газів з відходів, очищення їх, дожигания в енергоблоці і воздухонагревателях забезпечує екологічну чистоту викидаються і димової труби газів, що задовольняє існуючі на сьогоднішній день допустимі норми викидів розвинених країн.
Що осідають в системі при газоочистке шлами разом з відпрацьованими фільтруючими матеріалами пристроїв водоочистки, в системах 6,7 і ділянках 2-5, 8, 9 завантажуються знову в піч. Сюди ж завантажуються і відходи від переробки шлаку і металу. Таким чином, пропонований спосіб переробки твердих побутових і промислових відходів в зазначену продукцію є безвідходним.
Розплавлені шлаки і метал накопичуються в горні печі 1 двома шарами: внизу - метал, вгорі - більш легкий шлак. Вони періодично випускаються з печі через шлакову і чавунну льотки в шлаковий і чавуновозних ковші для споживача.
Приклад. У способі переробки твердих побутових і промислових відходів використовується шахтна піч із заданою річною продуктивністю 60 тис.тонн переробляються відходів в рік.
Склад відходів, мас.%: Папір 29,85; текстиль 3-13; скло 2,54; харчові відходи 19,56; метал 13,92; інші відходи (дерево, гума, шкіра, пластмаса, камені та ін.) 6,53.
Підготовка відходів полягає в їх компактування (пресуванні) до середньої щільності 1,0-2,5 т / м 3 без класифікації за складом мінеральної та металевої складової та подальшої різання на шматки розміром 300 мм на підготовчому ділянці, пов'язаному зі складом відходів відповідними комунікаціями. Завантаження шихти в піч проводиться через спеціальне герметичне завантажувальний пристрій, що складається з конусів з можливістю їх переміщення у відкрите і закрите положення. Підготовлені відходи транспортними механізмами подаються наверх печі. Одночасно із завантаженням в піч на кожну тонну відходів, чергуючи шарами по 0,6 м, здійснюють завантаження вапняку і флюсів у вигляді шматків розміром 50-100 мм в кількості 0,24 від маси відходів, низькоякісного вугілля 0,21 від маси відходів з розміром шматків 50-60 мм і флюсові добавки 0,02 від маси відходів у вигляді піску.
Склад вугілля: 60% вуглецю; 10% вологи.
Склад вапняку: 97% СаСО 3; 1,5% МgСО 3.
Флюсові добавки: 90% SiO 2.
При необхідності вводять в шлак флюсові добавки в кількості від маси шлаку в печі.
Повітря нагрівають в високотемпературних регенеративних нагрівачах до 1300 o С з коефіцієнтом надлишку окислювача 0,5 і подають в фурмені зону печі газодувки, підтримуючи в період переробки шихти тиск в колошниковой зоні печі 1,3 ата.
Метал і шлак випускаються періодично з печі в міру їх накопичення в горні з періодичністю кілька годин.
У розрахунку на одну тонну відходів з печі отримують: горючий газ в кількості 1650 м 3, що містить, об.%: СО 29,5; СО 2 3,5; N 2 31,5; Н2 19; Н 2 О 16,5.
Після осадження вологи в скрубберах залишається тисяча триста сімдесят вісім м 3 газу, що містить, об. %: СО 35,33; СО 2 4,2; Н 2 22,75; N 2 37,72. Калорійність такого газу становить близько 1650 ккал / м 3, температура горіння його в холодному повітрі 1900 o С.
Вихід металу становить 128 кг, шлаку 105 кг.
Метал є практично звичайне переробний чавун.
Склад шлаку, мас.%: SiO 2 51,5; СаО 46,5; MgO 1,0; Al 2 O 3 0,5; S 0,5.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб переробки твердих побутових і промислових відходів, що включає їх підготовку і завантаження в вертикальну шахтну піч, подачу палива і гарячого повітря в нижню частину шахтного печі, висновок генераторного газу і пароподібні компонентів в її верхній частині і виведення шлаків і рідкого металу в нижній частині шахтної печі, відрізняється тим, що переробку відходів здійснюють в герметичній шахтної печі з додатковим введенням вапняку, низькосортного твердого палива і флюсосодержащіх матеріалів, причому відходи заздалегідь піддають компактування і різанні на мірні шматки, які завантажують в шахтну піч пошарово із зазначеними додатковими компонентами з часткою вапняку 0,05 0,25 від маси відходів, причому в колошникового зоні печі нижче завантажувального пристрою створюють надлишковий тиск газоподібних продуктів переробки в діапазоні 1,1 1,5 ата.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що висота шару завантаження в шахтну піч відходів становить 0,2 1,2 м, а частка низькосортного палива складає 0,1 0,35 від маси відходів.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що різання компактірованних відходів здійснюють на мірні шматки 50 600 мм.
4. Спосіб за пп.1 3, що відрізняється тим, що в рідкий шлак додатково вводять флюси в кількості до 0,15 від маси шлаку в печі.
5. Спосіб за пп.1 4, який відрізняється тим, що в шахтну піч здійснюють додаткове завантаження металевого брухту в кількості до 0,15 від маси твердих відходів.
6. Спосіб за пп. 1 5, що відрізняється тим, що температура подаваного в шахтну піч повітря 1000 1500 o С при сумарному коефіцієнті надлишку окислювача 0,5 0,7.
Версія для друку
Дата публікації 19.02.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.