BG4187U1 - Инсталация за екологично чиста енергийно ефективна преработка на въглеродсъдържащи суровини - Google Patents

Abstract

Полезният модел се отнася до инсталация за екологично чиста и енергийно ефективна преработка на въглеродсъдържащи суровини, в това число битови и промишлени отпадъци, биомаса, отпадъци от животновъдството и птицевъдството, опасни отпадъци. Реализира се преработката на суровините до синтезгаз, подходящ за производство на електроенергия от енергийни блокове на базата на двигатели с вътрешно горене или газови турбини, за изгаряне в котли, за добавяне към природен газ и др. Въглеродсъдържащите суровини и получените газове се подлагат на термична обработка последователно на няколко етапа с последващо охлаждане и филтрация. Областта на техниката обхваща процеси за обработка и утилизация на въглеродсъдържащи суровини, свързани с човешката дейност - битови и промишлени отпадъци, отпадъци от птицевъдство, животновъдство, растениевъдство и др. Възможно е използването на инсталацията за утилизация на опасни отпадъци. Инсталацията осигурява екологично чиста технология. Премахната е възможността от наличие на диоксини и фурани в получения синтезгаз. Няма отпадъци, изискващи допълнителна химическа преработка. Получава се синтезгаз с висок енергиен потенциал. Масата на твърдия остатък след обработката в инсталацията на въглеродсъдържащите суровини е около 400 пъти по малка от масата на входящите суровини. Няма димни газове. В инсталацията топлинната енергия на получения синтезгаз се използва в процеса на преработка на въглеродсъдържащите суровини, което осигурява енергийната ефективност.

Description

(54) ИНСТАЛАЦИЯ ЗА ЕКОЛОГИЧНО ЧИСТА И ЕНЕРГИЙНО ЕФЕКТИВНА ПРЕРАБОТКА НА ВЪГЛЕРОДСЪДЪРЖАЩИ СУРОВИНИ

Област на техниката

Полезният модел се отнася до устройство за екологично чиста и енергийно ефективна преработка на въглеродсъдържащи суровини, в това число битови и промишлени отпадъци, биомаса, отпадъци от животновъдството и птицевъдството, опасни отпадъци. Реализира се преработката на суровините до синтезгаз, подходящ за производство на електроенергия от енергийни блокове на базата на двигатели с вътрешно горене или газови турбини, за изгаряне в котли, за добавяне към природен газ и т. н.

Въглеродсъдържащите суровини и получените газове се подлагат на термична обработка последователно на няколко етапа, в това число и чрез нагряване с плазма и охлаждане. Областта на техниката обхваща процеси за обработка и утилизация на въглеродсъдържащи суровини, свързани с човешката дейност - битови и промишлени отпадъци, отпадъци от птицевъдство, животновъдство, растениевъдство и др. Възможно е използването на инсталацията за утилизация на опасни отпадъци.

Предшестващо състояние на техниката

Известна е автоматизирана инсталация за пиролизна газификация на отпадни суровини [1]. Инсталацията се състои от възел входни устройства, пиролизен възел, възел за пречистване, възел за компресиране и възел от изходящи устройства. Термическото въздействие на отпадните суровини се осъществява в реактор с кръгла форма, снабден с бъркалка и нагряван с подгревна риза. Филтрацията е със скрубери и филтри.

Недостатък на тази инсталация е, че термичната обработка не отчита възможността за попадане на суровини, съдържащи хлор, от които се образуват диоксини и фурани, които са изключително опасни за здравето на хората. Диоксините и фураните се образуват при температури в диапазона от 200°С до 450°С, при които работи тази инсталация. За да се получи тяхната деструкция, са необходими температури над 1200°С.

Вторият недостатък е наличието на скрубери, което изисква допълнителна химическа дезактивация на отработените флуиди от скруберите, за да се предотврати замърсяването на околната среда.

Техническа същност на полезния модел

Задачата на полезния модел е да се създаде инсталация за екологично чиста и енергийно ефективна преработка на въглеродсъдържащи суровини.

Задачата е решена с инсталация за екологично чиста и енергийно ефективна преработка на въглеродсъдържащи суровини, съдържаща модул за раздробяване на въглеродсъдържащите суровини 1, приемен бункер 2, транспортиращ шнек 3, зона за предварително нагряване на суровината 4 с камера за нагряване 5, зона за пиролиза 6 с камера за нагряване 7, зона за газификация 8 със сопло за подаване на окислител 9, камера за плазмена обработка с паро-водна плазма 10 с плазмотрон за паро-водна плазма 11 и циклон 12 свързани последователно. Изходът на циклона 12 е включен в противоток към входа на камерата за нагряване 7 на зоната за пиролиза 6, а изходът на камерата за нагряване 7 на зоната за пиролиза 6 е свързан с първия вход на първия охладител 13, на който първият изход е включен в противоток към камерата за нагряване 5 на зоната за предварително нагряване на суровината 4.

Изходът на камерата за нагряване 5 на зоната за предварително нагряване на суровината 4 е свързан с първия вход на втория охладител 15, първият изход на който е свързан с входа на филтър 17, чийто изход е включен към входа на изтеглящия вентилатор 18, изходът на който е свързан с консуматора на синтезгаз.

Вторият вход на първия охладител 13 е включен към изхода на първа циркулационна помпа 14, чийто вход е свързан с резервоара на охлаждащия флуид. Вторият изход на първия охладител 13 е включен към резервоара на охлаждащия флуид.

Вторият вход на втория охладител 15 е включен към изхода на втора циркулационна помпа 16, чийто вход е свързан с резервоара на охлаждащия флуид. Вторият изход на втория охладител 15 е включен към резервоара на охлаждащия флуид.

Температурата на газовете на изхода на камерата за плазмена обработка с паро-водна плазма 10 е поголяма от 1250°С, температурата на газовете на първия вход на първия охладител 13 е по-голяма от 700°С, а температурата на газовете на неговия първи изход е по-малка от 150°С.

Охлаждането на газовете в първия охладител 13 от 700°С до 150°С се осъществява за по-малко от 3 s.

Предимство на полезния модел е, че процесът на преработка на въглеродсъдържащи суровини в инсталацията е екологично чист. В получения синтезгаз няма диоксини и фурани и други опасни газове. Съставът на синтезгаза след обработка с паро-водна плазма е само СО и H₂. На изхода на инсталацията няма димни газове и необходимост от химическо очистване. Получава се синтезгаз и напълно неутрална стъкловидна шлака.

Второ предимство е това, че инсталацията е енергийно ефективна. Това се реализира чрез използване на топлинната енергията на образувания синтезгаз, за нагряване на зоната за предварително нагряване на суровината и зоната за пиролиза. Освен това се използва енергийният потенциал на въглеродсъдържащите суровини, като се изгаря част от тях чрез подаване на окислител. Този подход намалява разхода на електроенергия, необходима за плазмотрона за паро-водна плазма.

Пояснение на приложената фигура

Примерно изпълнение на полезния модел е пояснено с приложената фигура, където: фигура 1 представлява блокова схема на инсталацията.

Пример за изпълнение на полезния модел

На блоковата схема е представена инсталация за екологично чиста и енергийно ефективна преработка на въглеродсъдържащи суровини. Тя съдържа модул за раздробяване на въглеродсъдържащите суровини 1, приемен бункер 2, транспортиращ шнек 3, зона за предварително нагряване на суровината 4 с камера за нагряване 5, зона за пиролиза 6 с камера за нагряване 7, зона за газификация 8 със сопло за подаване на окислител 9, камера за плазмена обработка с паро-водна плазма 10 с плазмотрон за паро-водна плазма 11, циклон 12, първи охладител 13, втори охладител 15, филтър 17, изтеглящ вентилатор 18, първа циркулационна помпа 14 и втора циркулационна помпа 16.

Модулът за раздробяване на въглеродсъдържащите суровини 1, приемният бункер 2, транспортиращият шнек 3, зоната за предварително нагряване на суровината 4 с камерата за нагряване 5, зоната за пиролиза 6 с камерата за нагряване 7, зоната за газификация 8 със соплото за подаване на окислител 9, камерата за плазмена обработка с паро-водна плазма 10 за плазмотрон с паро-водна плазма 11 и циклонът 12 са свързани последователно.

Изходът на циклона 12 е включен в противоток към входа на камерата за нагряване 7 на зоната за пиролиза 6, а изходът на камерата за нагряване 7 на зоната за пиролиза 6 е свързан с първия вход на първия охладител 13 на който първият изход е включен в противоток към камерата за нагряване 5 на зоната за предварително нагряване на суровината 4.

Изходът на камерата за нагряване 5 на зоната за предварително нагряване на суровината 4 е свързан с първия вход на втория охладител 15, първият изход на който е включен към входа на филтър 17, чийто изход е свързан с входа на изтеглящия вентилатор 18, изходът на който е свързан с консуматора на синтезгаз.

Вторият вход на първия охладител 13 е включен към изхода на първата циркулационна помпа 14, чийто вход е свързан с резервоара на охлаждащия флуид. Вторият изход на първия охладител 13 е включен към резервоара на охлаждащия флуид.

Вторият вход на втория охладител 15 е включен към изхода на втора циркулационна помпа 16, чийто вход е свързан с резервоара на охлаждащия флуид. Вторият изход на втория охладител 15 е включен към резервоара на охлаждащия флуид.

Устройството работи по следния начин.

Раздробените в модула за раздробяване на въглеродсъдържащите суровини 1 и постъпили в приемния бункер 2 суровини, се транспортират от транспортиращия шнек 3 към зоната за предварително нагряване на суровината 4, зоната за пиролиза 6, зоната за газификация 8 и камерата за плазмена обработка с паро-водна плазма 10. При транспортирането на суровините те попадат първоначално в зоната за предварително нагряване на суровината 4, където преминаващият през камерата за нагряване 5 на зоната нагрят до 150°С синтезгаз ги нагрява предварително. Топлият синтез газ се подава през камерата 5 на зоната за предварително нагряване на суровината 4 в противоток.

Нагретите в зоната за предварително нагряване на суровината 4 суровини постъпват в зоната за пиролиза 6. Постъпващият в противоток през камерата за нагряване 7 на зоната синтез газ е с температура, близка до 1250°С. В резултат на нагряването на суровините и отсъствието на кислород, в зона 6 протича процесът пиролиза. Образуват се газообразна, течна и твърда фракции, които постъпват в зоната за газификация 8.

В зоната за газификация 8 през соплото за подаване на окислител 9 се подава определено количество окислител. При наличие на окислител, който може да е кислород или въздух, изгаря част от въглеродсъдържащите суровини, като при това се отделя енергия, необходима за деструктурирането на въглерода от въглеродсъдържащите суровини в синтезгаз. Подаваното количество окислител е малко и осигурява недостиг на кислород за пълно изгаряне. Чрез изгарянето се повишава температурата на получените газове и въглероден остатък преди постъпването им в камерата за плазмена обработка с паро-водна плазма

10. Целта е тяхната температура да се повиши за да не се изразходва голямо количество електрическа енергия за електрическата дъга на паро-водната плазма.

В камерата за плазмена обработка с паро-водна плазма 10, чрез плазмотрон за паро-водна плазма 11, суровините в газообразна и твърда фракции попадат в зона с плазма. Паро-водната плазма е с температура над 5000°С. При тази температура пиролизните газове и твърдата фракция се деструктурират до СО и Н2, като напълно се разграждат налични диоксини, фурани и други материали. Остава малко количество твърд остатък в стъкловидна форма, напълно неутрален.

Газовете от изхода на камерата за плазмена обработка с паро-водна плазма 10 постъпват в циклона 12, където се отделя твърдата фракция и прахови частици.

От изхода на циклона 12 горещите газове постъпват в камерата за нагряване 7, където отдават част от своята топлинна енергия в зоната за пиролиза 6. Изискването е температурата на газовете на изхода на камерата за нагряване 7 на зоната за пиролиза 6 да не стане по ниска от 700°С. Това е свързано с факта, че диоксини и фурани се образуват в температурния диапазон от 250°С до 600°С. Изисква се също при охлаждане на газовете, те бързо да преминават през тази температурна зона (250°С до 600°С). Това се осъществява в първия охладител 13. Необходимо е охлаждането да се извърши за не повече от 3 s. За такъв малък интервал от време не успяват да се образуват вторично диоксини и фурани. Енергията за охлаждането се внася от охлаждащ флуид, като неговият дебит се осигурява от първа циркулационна помпа 14, която заедно с втория изход на първия охладител 13 са включени към охлаждащ флуид.

Охладените до 150°С газове отдават част от своята енергия в камерата за нагряване 5 на зоната за предварително нагряване на суровината 4 и постъпват на първия вход на втория охладител 15, първият изход на който е свързан с входа на филтър 17, чийто изход е включен към входа на изтеглящия вентилатор 18. Изходът на изтеглящия вентилатор 18 е свързан с консуматора на синтезгаз.

Във втория охладител температурата на синтезгаза се охлажда до необходимата (30°С) за използване в двигател с вътрешно горене, газова турбина или подаване в системата за газификация. За премахване на останали прахови частици, синтезгазът се пропуска през филтъра 17. След филтъра синтезгазът постъпва в изтеглящия вентилатор 18, който поддържа в инсталацията малко по-ниско от атмосферното налягане, с цел предотвратяване евентуално проникване на синтезгаз към транспортиращия шнек 3 и приемния бункер 2.

Екологичната чистота на преработката в инсталацията се дължи на следното. При преработката на въглеродсъдържащи суровини се разрушават всякакви органични и биологични материали, гарантирано се унищожават най-токсични отрови, претопяват се и се изпаряват труднотопими неорганични съединения. Това е в резултат на обработката с висока температура от плазмена струя, която е с температура над 5000°С. Пароводната плазма нагрява суровините до температури над 1200°С. Освен това чрез охладител се осигурява бързо преминаване през температурния диапазон от 600°С до 250°С, в който има вероятност за образуване на диоксини и фурани. Поради бързото преминаване, се елиминира възможността за тяхно вторично образуване. Инсталацията не отделя никакви газове. Твърдата фракция е в неголямо количество и представлява напълно неутрална стъкловидна шлака. Отношението на теглото на твърдия остатък към теглото на входящите суровини достига 1:400. Използването на плазмена обработка, съчетано с бързо охлаждане и преминаване през температурния диапазон 600°С до 250 °С, в който има вероятност за образуване на диоксини и фурани, премахва необходимостта от химическо очистване на образувания синтезгаз в скрубер. Не е необходима също допълнителна химическа дезактивация на отработените флуиди от скруберите, за да се предотврати замърсяването на околната среда.

Енергийната ефективност на инсталацията е в резултат на следното.

Първо, използва се топлинната енергията на образувания синтезгаз, нагрят до температура, близка до 1250°С, в зоната за пиролиза 6. Нагретият газ преминава през камерата за нагряване 7 на зоната за пиролиза 6 и отдава част от топлинната си енергия.

Второ, охладеният до 150°С синтез газ след първия охладител 13 се използва за нагряване в зоната за предварително нагряване на суровината 4. Синтезгазът преминава през камерата за нагряване 5 на зоната за предварително нагряване на суровината 4 и отдава част от топлинната си енергия.

Трето, чрез подаване на ограничено количество окислител в зоната за газификация 8 чрез соплото за подаване на окислител 9 се използва енергийният потенциал на част от въглерода в суровините. При това се получава изгарянето на част от въглеродсъдържащите суровини. В резултат се повишава температурата на газовете и твърдата фракция до температури, по високи от 500°С, преди постъпването им в камера за плазмена обработка с паро-водна плазма 10. Този подход намалява необходимата електрическа мощност консумирана от плазмотрона с паро-водна плазма 11, като при това се намалява разходът на електрическа енергия.

Приложение (използване) на полезния модел

Полезният модел е подходящ за прилагане в областта на техниката за преработка на промишлени, битови, селскостопански и други отпадъци, явяващи се въглеродсъдържащи суровини, в синтезгаз. Приложим е и за сметищата.

Claims (1)

1. Инсталация за екологично чиста и енергийно ефективна преработка на въглеродсъдържащи суровини, съдържаща модул за раздробяване на въглеродсъдържащите суровини (1), приемен бункер (2) и транспортиращ шнек (3), свързани последователно, характеризираща се с това, че съдържа зона за предварително нагряване на суровината (4) с камера за нагряване (5), зона за пиролиза (6) с камера за нагряване (7), зона за газификация (8) със сопло за подаване на окислител (9), камера за плазмена обработка с паро-водна плазма (10) с плазмотрон за паро-водна плазма (11) и циклон (12), свързани последователно, при това входът на зоната за предварително нагряване на суровината (4) е включен към транспортиращия шнек (3), освен това изходът на циклона (12) е включен в противоток към входа на камерата за нагряване (7) на зоната за пиролиза (6), а изходът на камерата за нагряване (7) на зоната за пиролиза (6) е свързан с първия вход на първия охладител (13), на който първият изход е включен в противоток към камерата за нагряване (5) на зоната за предварително нагряване на суровината (4), при това изходът на камерата за нагряване (5) на зоната за предварително нагряване на суровината (4) е свързан с първия вход на втория охладител (15), първият изход на който е включен към входа на филтъра (17), чийто изход е свързан с входа на изтеглящия вентилатор (18), освен това вторият вход на първия охладител (13) е включен към изхода на първата циркулационна помпа (14), чийто вход заедно с втория изход на първия охладител (13) са включени към охлаждащ флуид, а вторият вход на втория охладител (15) е включен към изхода на втората циркулационна помпа (16), чийто вход заедно с втория изход на втория охладител (15) са включени към охлаждащ флуид