КМЦ

Устройство для термической переработки органических отходов

(54) Описание к декларационному патенту на полезную модель

(21) u200600698

(22) 26.01.2006

(24) 15.03.2006

(46) 15.03.2006, Бюл. № 3, 2006 р.

(72) Лощенко Анатолий Александрович, Лощенко Вадим Анатолиевич, Аксенов Юрий Всеволодович.

(73) Лощенко Анатолий Александрович, Лощенко Вадим Анатолиевич, Аксенов Юрий Всеволодович (57).

1. Устройство для термической переработки органических отходов, который содержит топочную камеру, установленную в ней термическую камеру, по крайней мере одну камеру сжигания, на выходе которой смонтированный дымоход, и систему для загрузки мусора и для удаления остаточных после термической переработки продуктов, который отличается тем, что все камеры, а именно: топочная, термическая и камера сжигания, соеденены между собой, при этом система для загрузки мусора и для удаления остаточных после термической переработки продуктов являет собой отдельно для топочной и термической камер узел для загрузки мусора и узел для удаления остаточных после термической переработки продуктов.
2. Устройство для термической переработки органических отходов за п.1, который отличается тем, что имеет две камеры сжигания, каждая из каких соединена с топочной и термической камерами.
3. Устройство для термической переработки органических отходов за п.1, который отличается тем, что топочная камера связана с узлом подачи воздуха.
4. Устройство для термической переработки органических отходов за п.1, который отличается тем, что узел для загрузки мусор и узел для удаления остаточных, после термической переработки, продуктов, топочной камеры расположенные в нижней части камеры.
5. Устройство для термической переработки органических отходов за п.4, который отличается тем, что узел для загрузки топочной камеры выполнен в виде трубопровода.
6. Устройство для термической переработки органических отходов за п.4, который отличается тем, что узел для удаления остаточных после термической переработки продуктов топочной камеры включает колосники и расположенную под ними систему наклоненных лотков.
7. Устройство для термической переработки органических отходов за п.1, который отличается тем, что узел для загрузки мусора термической камеры выполнен в виде расположенного над верхней частью камеры бункера.
8. Устройство для термической переработки органических отходов за п.7, который отличается тем, что бункер оснащен средствами для его поочередного открытия и закрывания, расположенными в верхней и нижней его частях.
9. Устройство для термической переработки органических отходов за п.7, который отличается тем, что бункер оснащен дозатором.
10. Устройство для термической переработки органических отходов за п.1, который отличается тем, что узел для удаления остаточных после термической переработки продуктов термической камеры выполнен в виде трубопровода, который расположен в нижней части термической камеры и проходит через топочную камеру.
11. Устройство для термической переработки органических отходов за п.1, который отличается тем, что он оснащен водогреющим котлом с полостью, в которой расположены топочная камера и загрузочный бункер и форма которой повторяет контуры топочной камеры и загрузочного бункера.
12. Устройство для термической переработки органических отходов за п.5, который отличается тем, что водогреющий котел в нижней части имеет люки, соединены с трубопроводами загрузки топочной камеры.
13. Устройство для термической переработки органических отходов за п.10, который отличается тем, что водогреющий котел в нижней части имеет люки, соединены с трубопроводами для удаления продуктов термической камеры после термической переработки.
14. Устройство для термической переработки органических отходов за п.11, который отличается тем, что водогреющий котел оснащен дозатором количества воды.
15. Устройство для термической переработки органических отходов за п.11, который отличается тем, что водогреющий котел оснащен расширительным баком.
16. Устройство для термической переработки органических отходов за п.1, который отличается тем, что дымоход оснащен регулятором газодымового потока.
17. Устройство для термической переработки органических отходов за любым
    пп.1 или 13, который отличается тем, что дымоход оснащен фильтрами.
18. Устройство для термической переработки органических отходов за п.1, который отличается тем, что топочная камера оснащена контрольно-регулировочными приборами.
19. Устройство для термической переработки органических отходов за п.1, который отличается тем, что он оснащен вытяжной системой.

Полезная модель относится к отрасли утилизации отходов, а именно к конструкции оборудования, предназначенного для переработки бытовых и промышленных отходов и может быть использована для уничтожения термической обработкой органического мусора и бытовых и промышленных отходов в химической, деревообрабатывающей промышленности, в коммунально-бытовом хозяйстве, а также сельскохозяйственном производстве.

Термическая переработка удовлетворяет как санитарно-эпидемиологическим, так и экологическим требованиям.

Известное большое количество оборудования для термической переработки мусора и отходов. В частности, известные печи, которые как правило, имеют футерованную топочную камеру для сжигания мусора, в которой мусор располагают непосредственно в камере [заявки ЄПВ №0405375, F23G5/00; №0509774, F23G9/00; патент США №5099771] или на специальных решетках [заявка РСТ №92/20965, F23G1/00; заявка Франции №2665749, F23G5/26].

Камера, а вместе с ней и мусор разогревают с помощью электрического нагревателя [заявка Японии №1-169227, Р23С5/00] или под действием топливной форсунки [а. с. СССР №1135969, Р23С5/00; №1605092, F23G7/06; заявка РСТ №89/077036, F23G5/14].

Известные конструкции, в которых сжигания мусора и отходов осуществляют путем подвода воздуха, необходимого для горения [пат. США №5054405, F23G5/00; заявка РСТ №90/04741, F23G5/00], или без доступа воздуха — пиролиза [заявка ЄПВ №0486728, F23G5/027; а. с. СССР №1548601, F23G5/027; пат. США №5040972, F23G5/12].

Таким образом, в оборудовании известных конструкций мусора сжигают либо навалом в топочной камере, либо на решетке, колосника топочной камеры. В первом случае установка имеет значительные габариты и массу. Во втором — установка имеет компактный вид, однако наблюдается значительный вынос из топочной камеры частей мусора, которые не догорели, что загрязняет окружающую среду и нуждается в дополнительной камере сжигания.

За прототип избранное устройство для термической переработки таких органических отходов как мусора, который содержит топочную камеру, установленную в ней термическую камеру и соединенной с ней камеру сжигания. Устройство имеет узел для загрузки мусора и узел для удаления остаточных после термообработки продуктов. Узел для загрузки мусора выполнен в верхней части топочной камеры в виде люка с крышкой, который является средством для загрузки мусором термической камеры. Узел для удаления остаточных после термообработки продуктов расположен внизу термической камеры и выполненный в виде люка с крышкой. Топочная камера имеет дымоход, соединен с атмосферой, с которым соединена камера сжигания. За топочную камеру избранная пиролизная камера. Топочная камера выполнена из теплоизоляционного материала. Устройство оснащено верхней и нижней форсунками, верхняя из которых расположена над термической камерой, а нижняя — внизу топочной камеры в основы термической камеры [патент RU №2117871, F23G5/00, публ. 20.08.1998р.].

Прототип устройства работает таким образом.

Через загрузочный люк в термическую камеру загружают мусор и закрывают двери люка. При этом люк в нижней части термической камеры закрыт. Включают верхнюю и нижнюю форсунки. Мусор в нижней части термической камеры поджигается. Под действием огня факелов форсунок термическая камера накаляется. Мусор под действием высоких температур по всей длине камеры раскладывается. Паро-газоподобные продукты, которые образовались во время пиролиза, из термической камеры попадают на факел верхней форсунки топочной камеры, где происходит их сжигание. В камере сгорания дымохода происходит их полное сжигание. После полного сжигания мусора форсунки выключают, открывают люк для отгрузки в термической камере, удаляют золу. После чего проводят повторную загрузку устройства.

Таким образом, известное устройство характеризуется невысокой эффективностью сжигания мусора, обусловленную тем, что для полного сжигания мусора и сгорания паро-газоподобных продуктов, в устройстве необходимо поддерживать высокую температуру, что осуществляют за счет естественных энергоресурсов таких как газ, продукты переработки нефти, следствием чего являются их большие расходы.

Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции устройства для термической переработки органических отходов, в котором путем изменений связи между топочной и термической камерами и камерой сжигания обеспечивают возможность проведения термического влияния на органические отходы одновременно в топочной и термической камерах и за счет паро-газовых отходов термической камеры активизируют процесс горения в топочной камере, что способствует максимальному сжиганию мусора в топочной камере с минимальным использованием естественных энергоресурсов. При этом обеспечивают возможность максимального сжигания в камере сжигания остатков парогазовых отходов как из топочной так и из термической камер, чем устраняется загрязнение окружающей среды.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для термической переработки органических отходов, который содержит топочную камеру, установленную в ней термическую камеру, по крайней мере одну камеру сжигания, на выходе которой смонтированный дымоход, и систему для загрузки мусора и для удаления остаточных после термической переработки продуктов, согласно полезной модели все камеры, а именно: топочная, термическая и камера сжигания соединены между собой, при этом система для загрузки мусора и для удаления остаточных после термической переработки продуктов являет собой отдельно для топочной и термической камер узел для загрузки мусор и узел для удаления остаточных после термической переработки продуктов.

Устройство может иметь две камеры сжигания, каждая из которых соединена с топочной и термической камерами.

Для активизации процесса горения в начальный период процесса поджога мусора в топочной камере топочная камера соединена с узлом подачи воздуха.

При этом:

• узел для загрузки мусора и узел для удаления остаточных после термической переработки продуктов топочной камеры расположенные в нижней части камеры; узел для загрузки топочной камеры выполнен в виде трубопровода, узел для удаления остаточных после термической переработки продуктов топочной камеры включает колосники и расположенную под ними систему наклоненных лотков;
• узел для загрузки мусора термической камеры выполнен в виде расположенного над верхней частью камеры бункера, оснащенного средствами для его поочередного открытия и закрывания, расположенными в верхней и нижней его частях, и дозатором; узел для удаления остаточных после термической переработки продуктов термической камеры выполнен в виде трубопровода, который расположен в нижней части термической камеры и проходит через топочную камеру.

Для возможности утилизации тепла устройство для термической переработки органических отходов оснащено водогреющим котлом с полостью, в которой расположены топочная камера и загрузочный бункер, форма которой повторяет контуры топочной камеры и загрузочного бункера. Водогреющий котел в нижней части имеет люки, соединены с трубопроводами топочной камеры и трубопроводами для удаления продуктов термической камеры после термической переработки. Кроме того, водогреющий котел оснащен дозатором количества воды и расширительным баком.

При этом дымоход оснащен фильтрами, регулятором газодымового потока а топочная камера оснащена контрольно-регулировочными приборами.

Устройство для термической переработки органических отходов оснащено вытяжной системой.

Выполнение топочной и термической камер и камеры сжигания соединенными между собой и оснащены топочной и термической камер, автономными узлами для загрузки каждой из них органическими отходами и узлами для удаления остатков после их термической переработки, предоставляет возможность одновременного проведения термической переработки в топочной и термической камерах одного и того же вида. При этом естественное топливо используют лишь во время зажжения мусора в топочной камере. Дальше процесс переработки осуществляют активизацией процесса горения отходов в топочной камере за счет парогазовой смеси из термической камеры, что способствует сгоранию даже влажного мусора. Это позволяет эффективно проводить термическую переработку органических отходов почти без использования естественного угля и газа. При этом во всех камерах постоянно поддерживается высокая температура, что предоставляет возможность максимально сжигать у них отходы, а в камере сжигания переделывать остатки процесса горения и термической обработки топочной и термической камер, чем избегается выброска их в атмосферу, что способствует поддержке экологии окружающей среды.

Суть полезной модели объясняется чертежом, где приведенные:

на Фиг. 1 — схематическое изображение устройства для переработки органических отходов; на Фиг.2 — перерез А-А на Фиг.1. Устройство для термической переработки органических отходов, который содержит топочную камеру 1, установленную в ней термическую камеру 2, по крайней мере, две симметрично расположенных камеры сжигания 3 и систему для загрузки мусора и для удаления остаточных после термической переработки продуктов. Все камеры, а именно: топочная 1, термическая 2 и камера сжигания 3 связанные между собой. Каждая из камер сжигания 3 связанна с топкой 1 и термической 2 камерами. Все камеры для исключения скопления у них парогазовой смеси и для предотвращения взрыва при скоплении газов имеют форму тел вращения и не имеют закоулков, пазов, перегородок и тому подобное, то есть всего того, что может образовывать пространственные карманы, лагуны, емкости (Фиг.1).

Система для загрузки мусора и для удаления остаточных, после термической переработки, продуктов являет собой отдельно для топочной 1 и термической 2 камер узел для загрузки мусора и узел для удаления остаточных после термической переработки продуктов.

Топковая камера 1 выполненная из теплоизоляционного материала, а именно из огнеупорного кирпича Узел для загрузки мусора и узел для удаления остаточных после термической переработки продуктов топочной камеры 1 расположенные в нижней части камеры. При этом узел для загрузки мусора выполнен в виде трубопровода 4.

Узел для удаления остаточных после термической переработки продуктов топочной камеры 1 включает колосники 5 и расположенную под ними систему наклоненных лотков 6. В нижней части камеры 1 под колосниками 5 находится поддувало 7 (Фиг.2), оснащено отверстием 7’ (Фиг.1), которое является также отверстием для удаления продуктов сгорания. С узлом загрузки мусора на входе в трубопровод 4 смонтированный узел подачи воздуха в виде вентилятора 8.

Топочная камера 1 оснащенная контрольно-регулировочными приборами (на черчении не показаны).

Данные по термической камере засекречены автором патента А. А. Лощенко.

Устройство для термической переработки органических отходов оснащено водогреющим котлом 18 с полостью, в которой расположенные топочная камера 1 и загрузочный бункер 10. Форма полости котла 18 повторяет контуры топочной камеры 1 и загрузочного бункера 10. Котёл 18 выполненный из листовой огнеупорной стали толщиной 10 мм и смонтированный непосредственно на месте его установки.

Водогреващий котёл 18 в нижней части имеет монтажные отверстия (на чертеже не показан), герметически соединены с трубопроводами загрузки 4 топочной камеры 1, и монтажные отверстия (на чертеже не показан), герметически соединены с трубопроводами для удаления 13 после термообработки продуктов термической камеры 2. Кроме того, водогреющий котёл 18 имеет трубопровод 19 диаметром 100—150 мм и больше для подачи горячей воды к объектам обогрев и трубопровод 20, по которому отработанная и охлажденная вода возвращается в котёл 18.

Водогревающий котёл 18 оснащенн дозатором 21 количества воды, который являет собой бак с водой, расположенный выше уровня котла 18.

Для регуляции давления пара горячей воды водогреющий котёл 18 оснащенн расширительным баком 22.

Устройство оснащено вытяжной вентиляцией 23, расположенной над крышками 12 бункера 10, которая обеспечивает удаление продуктов расписания органических веществ, что в небольшом количестве могут попадать к рабочему помещению (на чертеже не показано).

Устройство для термической переработки органических отходов есть не что другое как мини-завод для сжигания мусора (Фиг.2).

Устройство для термической переработки органических отходов работает так.

Отсортированный по назначению бытовой и промышленный мусор доставляют к мини-заводу мусоровозами. Перед загрузкой открывают отверстия в трубопроводе 4 и верхнюю часть бункера 10 — крышки 12. Нижняя часть бункера 10 и горловина 9 термической камеры 2 закрытые. С помощью ленточного конвейера или скреперного погрузчика через открытые крышки 12 загружают бункер 10, объемом которого является одноразовой дозой для загрузки термической камеры 2. В топочную камеру 1 мусор загружают через трубопроводы 4. В термическую камеру 2 мусор подают через горловину 9. Для этого закрывают верхнюю часть бункера 10, открывают устройством 11 горловину 9 термической камеры 2 и нижнюю часть бункера 10. Потом мусор одновременно подает в топочную камеру 1 и термическую камеру 2. При этом термическую камеру 2 загружают отходами весом в дважды большей, чем топочную камеру 1.

После загрузки мусора в камеры 1 та 2 закривають отверстия узла 4 загрузка топочной камеры 1, нижнюю часть бункера 10 и устройством.

11 закрывают горловину 9 термической камеры 2. Таким образом, термическая камера 2 становится герметически закрытой. После загрузки термической камеры 2 крышки 12 открывают и бункер 10 опять наполняют отходами. Заполненный отходами бункер 10 опять закрывают. Через отверстия 7 поддувала 7 поджигают мусор в топочной камере 1. Для распространения огня по всему объему камеры 1 на 2—3 минуты включают вентилятор 8. Когда огонь занимает весь объем топочной камеры 1, вентилятор 8 выключают. Через обзорные окна в двери (на черчении не показанные) контролируют процесс горения в камере 1 и при необходимости добавляют дежурную порцию мусора. Недогоревшие остатки органических веществ с высокой температурой из камеры 1 попадают в камеру сгорания 3, где догорают полностью.

Во время горения мусора в топочной камере 1 накаляется термическая камера 2 и у нее повышается температура. При этом отсутствие кислорода и тяги в камере 2 способствует созданию у нее необходимых условий для пиролиза органических отходов. При температуре 70°С в термической камере 2 начинает выделяться фенол. При достижении температуры 450—600°С в камере 2 начинают выделяться метан (СН₄), сероводород Н₂S), метанол (СН₃ОН) — древесинный спирт, а затем сгорают смолы и и др. Таким образом, в камере 2 образуется газодымовая смесь, которую разделяют на два потока. Один поток по обводному каналу 14 поступает в топочную камеру 1, а второй поток по отводному каналу 15-ю камеру конечного сжигания 3. При попадании в топочную камеру 1 газодимова смесь, которая состоит из фенола с теплотворной возможностью 9000ккал/м³, метана с теплотворной возможностью 10000ккал/м³, сероводороду с теплотворной возможностью 9000ккал/м³ и метанола с теплотворной возможностью 11000—12000ккал/м³, повышает температуру в топочной камере 1 и активизирует процесс, горение к такой температуре, что в камере 1 без использования дополнительного естественного топлива может гореть даже мокрый мусор. Второй поток недогоревших остатков органических веществ топочной камеры 1, который попадает в камеру сжигания 3, с учетом уже отмеченной его высокой тепло возможности также сгорает под действием высокой температуры. Таким образом, в топочной камере 1 происходит физический процесс сжигания органических веществ в присутствии кислорода, а в термической камере 2 в герметических условиях происходит физико-химический процесс разъединение органических веществ на летуче-горючие компоненты с последующим сжиганием этих компонентов в камере конечного сжигания 3.

Количество камер сжигания 3 может быть 2—4—6 в зависимости от объёма термической камеры 2 и вида топлива (древесина, уголь, шрот семян подсолнуха, гречихи и тому подобное). Количество газов, которые выделяются вследствие термической реакции разъединение органических веществ в камере 2 могут иметь критический объём, что при смешивании с кислородом является взрывоопасным. Взрыв может состояться в том случае, когда на единицу объём кислорода приходится две единицы объёма водорода и девять единиц объёма метана. Таким образом, зная объём кислорода, который поступает из топочной камеры 1 в камеру сжигания 3, всегда можно подсчитать, на сколько частей нужно разделить объём газа, что выделился в следствие термической реакции в камере 2, чтобы не допустить критической массы для взрыва. Потому количество камер 3 может быть разной. Увеличение количества кислорода вдвое приводит к безопасной ситуации. Для избежания такой ситуации осуществляют принудительный поддув воздуха.

Из камеры сжигания 3 по дымоходу 16 через фильтры 17 отработанные и очищенные продукты сгорания в виде газодымовой смеси выходят в атмосферу.

В период открытия крышек 12 работает вытяжная система вентиляции для вытяжки газодымовой смеси, которая может накапливаться в отходах, в бункере 10.

На мини-заводе действует автоматизированная система контроля за состоянием воздуха, которая немедленно извещает об отклонении от нормы состояния воздуха звуковыми или мировыми сигналами; кроме того, действует обособленная вытяжная система вентиляции, которая обеспечивает нормальные санитарные условия труда относительно составу воздуха и его достаточного количества (на чертеже не показан).

Продукты сгорания топочной камеры 1 попадают в отверстие 7, откуда их удаляют с помощью гидро смыва через систему лотков и золоприёмников.

Остатков от термического процесса в термической камере 2 таких как углерод, древесный уголь, сгустки расплавленных полиэтиленовых пакетов и тому подобное образуется мало из-за того, что в камере 2 постоянно поддерживается большая температура. Потому автоматизировать процесс удаления нет смысла, и их удаляют с помощью обычной кочерги через трубопроводы 13.

Загрузка термической камеры 2 следующей порцией отходов проводят только после того, как будет отработанная предыдущая порция полностью.

Оснастка устройства водогреющим котлом 18 способствует передаче тепла от топочной камеры к воде котла 18, которую используют для обогрева любых помещений.

В процессе работы часть воды из водогреющего котла 18 испаряется, другая теряется, проходя через насосы, муфты и тому подобное, способствует передаче тепла от топочной камеры к воде котла 18, которую используют для обогрева любых помещений.

В процессе работы часть воды из водогреющего Количество воды в водогреющем котле определяется дозатором 21. Для регуляции давления паров горячей воды в результате перегрева служат расширительные бачки 22, в которые переливается часть воды из дозатора 21, чем обеспечивается целостность конструкции и безаварийная работа устройства.

Таким образом, в предложенной конструкции устройства для термической переработки органических отходов естественное топливо из баллонов с капнувшим газом используют лишь во время зажжения мусора в топочной камере 1. Дальше для сгорания мусора в топочной камере 1 используют продукты термической переработки камеры 7, а именно парогазовую смесь, что исключает использование дорогих естественных энергетических продуктов. Кроме того, с использованием продуктов термической переработки, которые выходят из камеры 2, в камере сжигания 3 сгорают недогоревшие продукты камеры 1, чем избегается выброска их в атмосферу, что способствует поддержке экологии окружающей среды.

За предложенным решением выполненный действующий экспериментальный образец на Александрийском рудоремонтном заводе.