RU144666U1

RU144666U1 - REACTOR FOR PYROLYSIS PROCESSING OF ORGANIC CONTAINING WASTE

Info

Publication number: RU144666U1
Application number: RU2014113744/03U
Authority: RU
Inventors: Виктор Леонтьевич Головин; Виталий Владимирович Земляной
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-08-27

Abstract

Реактор для пиролизной переработки органосодержащих отходов, включающий цилиндрическую шахту с огнеупорной футеровкой, оснащенную загрузочным устройством и узлом выгрузки твердого продукта, газоходом для отходящих газов, коническими диафрагмами с запорными воронками, установленными с возможностью вертикального перемещения и оснащенными штоками для открывания и закрывания отверстий в конических диафрагмах, отличающийся тем, что конические диафрагмы с запорными воронками выполнены перфорированными и установлены в цилиндрической шахте реактора в зоне сушки на уровне выше зоны пиролиза и в зоне пиролиза на уровне выше зоны горения, кроме того, разгрузочный бункер в нижней части реактора выполнен коническим и оснащен запорным устройством для периодической выгрузки готового продукта.Reactor for the pyrolysis processing of organo-waste products, including a cylindrical shaft with refractory lining, equipped with a loading device and a solid product unloading unit, an exhaust gas duct, conical diaphragms with shut-off funnels installed with the possibility of vertical movement and equipped with rods for opening and closing openings in the conical diaphragms characterized in that the conical diaphragms with locking funnels are perforated and installed in a cylindrical The reactor is located in the drying zone at a level above the pyrolysis zone and in the pyrolysis zone at a level above the combustion zone, in addition, the discharge hopper in the lower part of the reactor is conical and equipped with a shut-off device for periodically unloading the finished product.

Description

Полезная модель относится к области переработки органосодержащих отходов, в том числе илистых отходов бытовых сточных вод, животноводческих комплексов и птицефабрик для получения горючих продуктов, сырья для производства строительных материалов и удобрений для мелиорации почв, и может использоваться, в частности, на станциях очистки сточных вод в коммунальном хозяйстве и на животноводческих комплексах.The utility model relates to the field of processing organ-containing wastes, including silt wastes from domestic wastewater, livestock complexes and poultry farms for the production of combustible products, raw materials for the production of building materials and fertilizers for soil reclamation, and can be used, in particular, at wastewater treatment plants in public utilities and livestock complexes.

Известен реактор для пиролизной переработки органосодержащих отходов, содержащий футерованный корпус с размещенными внутри него камерами пиролиза, загрузочное устройство и узел выгрузки продукта, оборудованный транспортерами. Причем, печь снабжена размещенными между камерами пиролиза прямоугольными шахтами для сбора и распределения парогазообразных продуктов с перфорированными для каждой камеры пиролиза стенками и конусообразной крышкой. Кроме того, в печи установлены один над другим наклонные перфорированные желоба-классификаторы и дополнительные ленточные транспортеры, размещенные один над другим под каждым желобом-классификатором. Угол наклона желобов-классификаторов составляет величину не менее угла естественного откоса твердых продуктов пиролиза и не более 65° (Патент RU №1679140, МПК F23G 5/027, 1991 г.).Known reactor for the pyrolysis processing of organo-waste, containing a lined housing with pyrolysis chambers located inside it, a loading device and a product unloading unit equipped with conveyors. Moreover, the furnace is equipped with rectangular shafts located between the pyrolysis chambers for collecting and distributing gas-vapor products with perforated walls and a conical cover for each pyrolysis chamber. In addition, inclined perforated classifiers and additional conveyor belts placed one above the other under each classifier channel are installed one above the other in the furnace. The angle of inclination of the gutters-classifiers is not less than the angle of repose of solid pyrolysis products and not more than 65 ° (Patent RU No. 1679140, IPC F23G 5/027, 1991).

Недостатком известного реактора являются низкие эксплуатационные качества, обусловленные сложностью обеспечения равномерного нагрева перерабатываемой измельченной массы бытовых отходов и поддержания оптимальных параметров процесса, что существенно увеличивает время переработки отходов, а также сложностью конструкции и низкой надежностью работы при наличии вращающихся и слабозащищенных элементов в зоне высоких температур, и возможности «пригорания» продуктов переработки к этим элементам.A disadvantage of the known reactor is its low performance, due to the complexity of ensuring uniform heating of the processed ground mass of household waste and maintaining optimal process parameters, which significantly increases the time of waste processing, as well as the complexity of the design and low reliability in the presence of rotating and weakly protected elements in the high temperature zone, and the possibility of “burning” processed products to these elements.

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является реактор для пиролизной переработки органосодержащих отходов, включающий цилиндрическую шахту с огнеупорной футеровкой, оснащенную загрузочным устройством и узлом выгрузки твердого продукта, газоходом для отходящих газов, коническими диафрагмами с запорными воронками, устанавливаемыми с возможностью вертикального перемещения и оснащенными штоками для открывания и закрывания отверстий в конических диафрагмах (Патент RU №1836603, МПК F23G 5/00, 1993 г.).The closest to the claimed solution in terms of technical nature and the achieved technical effect is a reactor for pyrolysis processing of organo-waste, including a cylindrical shaft with refractory lining, equipped with a loading device and a unit for unloading a solid product, a flue for exhaust gases, conical diaphragms with shut-off funnels installed with the possibility of vertical movement and equipped with rods for opening and closing holes in conical diaphragms (Patent RU No. 1836603 IPC F23G 5/00, 1993).

Недостатком известного устройства являются низкие эксплуатационные качества, обусловленные нерегулируемым перемещением перерабатываемого сырья в зонах пиролиза, горения, что не позволяет достаточно точно выдерживать время полной переработки сырья и обеспечивать равномерность его прогрева, когда непосредственно пиролизу подвергаются только та его часть, которая по своему фракционному и компонентному составу успевает подвергнуться достаточно глубокому температурному воздействию при свободном падении через зону пиролиза, а остальная часть сгорает в зоне горения. При этом требуется подержание в реакторе очень высоких температур (выше 1500°C) при больших затратах топлива, что не позволяет проводить переработку сырья с получением не только газообразных, но и других ценных твердых (полукокс), и жидких (мазут) горючих продуктов, и снижает эффективность пиролизной переработки отходов.A disadvantage of the known device is its low performance, due to uncontrolled movement of the processed raw materials in the pyrolysis and combustion zones, which does not allow to withstand the time for complete processing of the raw materials and to ensure uniform heating, when only that part is directly pyrolyzed, which in its fractional and component the composition manages to undergo a fairly deep temperature effect during free fall through the pyrolysis zone, and the rest The second part is combusted in the combustion zone. This requires maintaining the reactor at very high temperatures (above 1500 ° C) at high fuel costs, which does not allow the processing of raw materials to produce not only gaseous, but also other valuable solid (semi-coke), and liquid (fuel oil) combustible products, and reduces the efficiency of the pyrolysis waste treatment.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка нового реактора для пиролизной переработки органосодержащих отходов, в том числе илистых отходов, с повышенными эксплуатационными качествами.The task to which the proposed technical solution is directed is to develop a new reactor for the pyrolysis processing of organo-waste, including silty waste, with improved performance.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в увеличении выхода полезных продуктов переработки за счет обеспечения оптимального режима переработки при относительно низких температурах и при регулировании времени переработки.The technical result achieved by solving the problem is expressed in increasing the yield of useful products of processing by providing an optimal processing mode at relatively low temperatures and by controlling the processing time.

Поставленная задача решается тем, что реактор для пиролизной переработки органосодержащих отходов, включающий цилиндрическую шахту с огнеупорной футеровкой, оснащенную загрузочным устройством и узлом выгрузки твердого продукта, газоходом для отходящих газов, коническими диафрагмами с запорными воронками, установленными с возможностью вертикального перемещения и оснащенными штоками для открывания и закрывания отверстий в конических диафрагмах, отличается тем, что конические диафрагмы с запорными воронками выполнены перфорированными и установлены в цилиндрической шахте реактора в зоне сушки на уровне выше зоны пиролиза и в зоне пиролиза на уровне выше зоны горения, разгрузочный бункер в нижней части реактора выполнен коническим и оснащен запорным устройством для периодической выгрузки готового продукта.The problem is solved in that the reactor for the pyrolysis processing of organo-waste, including a cylindrical shaft with refractory lining, equipped with a loading device and a unit for unloading a solid product, a flue for exhaust gases, conical diaphragms with shut-off funnels installed with the possibility of vertical movement and equipped with rods for opening and closing the holes in the conical diaphragms, characterized in that the conical diaphragms with locking funnels are perforated E and installed in a cylindrical reactor cavity in a drying zone at a level above the pyrolysis zone and the pyrolysis zone at a level above the combustion zone, the discharge hopper at the bottom of the reactor is conical and is equipped with a locking device for the periodic discharge of the finished product.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решение с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом совокупность отличительных признаков заявляемой полезной модели позволяет достичь технического результата, а именно, улучшенные эксплуатационные качества, обеспечиваемые за счет создания оптимального режима переработки органосодержащих отходов, в том числе илистых отходов, более равномерного их прогрева при снижении рабочей температуры в зоне горения, и регулирования времени его переработки, а также увеличения выхода полезных продуктов переработки.At the same time, the set of distinctive features of the claimed utility model allows to achieve a technical result, namely, improved performance provided by creating an optimal regime for the processing of organo-waste, including silty waste, more uniform heating with a decrease in the operating temperature in the combustion zone, and regulation time of its processing, as well as increasing the yield of useful products of processing.

На чертеже изображен разрез реактора для пиролизной переработки органосодержащих отходов.The drawing shows a section of a reactor for the pyrolysis processing of organo-waste.

На чертеже показаны цилиндрическая шахта 1 реактора, приемный бункер 2, барабан 3, зона 4 сушки, зона 5 пиролиза, диафрагма 6, запорная воронка 7, полый шток 8, механизм управления 9, вторая диафрагма 10, запорная воронка 11, зона 12 горения, шток 13, газоходный канал 14, отводящий газоход 15, кольцевая камера 16 горения, форкамера 17, мазутная 18 и газовая 19 топливные горелки, разгрузочный бункер 20 и запорное устройство 21.The drawing shows a cylindrical shaft 1 of the reactor, a receiving hopper 2, a drum 3, a drying zone 4, a pyrolysis zone 5, a diaphragm 6, a locking funnel 7, a hollow rod 8, a control mechanism 9, a second diaphragm 10, a locking funnel 11, a combustion zone 12, rod 13, gas duct 14, exhaust gas duct 15, annular combustion chamber 16, prechamber 17, fuel oil 18 and gas 19 fuel burners, discharge hopper 20 and shut-off device 21.

Реактор для пиролизной переработки органосодержащих отходов содержит вертикальную цилиндрическую шахту 1 реактора с огнеупорной футеровкой, оснащенную загрузочным устройством, выполненным, например, в виде приемного бункера 2 с вращающимся вокруг горизонтальной оси барабаном 3, разделенного на сегменты. В зоне 4 сушки цилиндрической шахты 1 реактора выше зоны 5 пиролиза установлена перфорированная коническая диафрагма 6 с конической запорной воронкой 7 также имеющей перфорацию, обеспечивающую проход газов. Коническая запорная воронка 7 имеет полый шток 8, который выведен на крышку реактора и оборудован механизмом управления 9 для открывания и закрывания запорной воронки 7. Вторая перфорированная коническая диафрагма 10, имеющая запорную воронку 11, установлена в зоне 5 пиролиза выше зоны 12 горения. Запорная воронка 11 также имеет шток 13, проходящий в полом штоке 8 и соединенный с механизмом управления 9. В верхней части вертикальная шахта 1 реактора оснащена газоходным каналом 14 с отводящим газоходом 15, а в зоне 12 горения - кольцевой камерой 16 горения топливного газа, получаемого в процессе пиролиза, соединенной с форкамерой 17 оборудованной мазутной 18 и газовой 19 топливными горелками. В нижней части вертикальная шахта 1 реактора имеет разгрузочный бункер 20, выполненный коническим и оснащенный запорным устройством 21 для периодической выгрузки готового продукта. Стрелками показано направление движения парогазовой смеси, образующейся в процессе пиролизной переработки органосодержащих отходов.The reactor for the pyrolysis processing of organo-waste contains a vertical cylindrical shaft 1 of the reactor with refractory lining, equipped with a loading device, made, for example, in the form of a receiving hopper 2 with a drum 3 rotating around a horizontal axis, divided into segments. In the drying zone 4 of the cylindrical shaft 1 of the reactor above the pyrolysis zone 5, a perforated conical diaphragm 6 is installed with a conical locking funnel 7 also having a perforation providing gas passage. The conical locking funnel 7 has a hollow rod 8, which is withdrawn to the reactor lid and is equipped with a control mechanism 9 for opening and closing the locking funnel 7. A second perforated conical diaphragm 10 having a locking funnel 11 is installed in the pyrolysis zone 5 above the combustion zone 12. The locking funnel 11 also has a stem 13 extending in the hollow stem 8 and connected to the control mechanism 9. In the upper part, the vertical shaft 1 of the reactor is equipped with a gas duct 14 with a discharge gas duct 15, and in the combustion zone 12 an annular chamber 16 for burning the fuel gas obtained in the process of pyrolysis connected to the prechamber 17 equipped with fuel oil 18 and gas 19 fuel burners. In the lower part, the vertical shaft 1 of the reactor has a discharge hopper 20 made conical and equipped with a locking device 21 for periodically unloading the finished product. The arrows show the direction of movement of the vapor-gas mixture formed in the process of pyrolysis processing of organo-waste.

Реактор для пиролизной переработки органосодержащих отходов работает следующим образом.The reactor for the pyrolysis processing of organo-waste is as follows.

Перерабатываемые органосодержащие отходы, например, илистый осадок сточных вод с наполнителем, в качестве которого могут использоваться отходы деревообработки и (или) резинотехнические изделия (измельченные автопокрышки), в виде брикетов или гранул транспортером подают в приемный бункер 2 загрузочного устройства и в один из сегментов барабана 3. За счет вращения барабана 3 вокруг его горизонтальной оси перемещают отходы в зону 4 сушки цилиндрической шахты 1 реактора с футерованными стенками. При этом органосодержащие отходы заполняют зону 4 сушки, отделенную от зоны 5 пиролиза перфорированной конической диафрагмой 6 с конической запорной воронкой 7. В форкамеру 17 через мазутную топливную горелку 18 подают жидкое топливо и обеспечивают подачу разогретого газа в кольцевую камеру горения 16, расположенную в зоне 12 горения. При этом температура в шахте 1 реактора повышается до оптимальной 350-600°C, при которой обеспечивается удаление избыточной влаги из отходов, размещенных в зоне 4 сушки. После чего с помощью полого штока 8 и механизма управления 9 приподнимают запорную воронку 7. При этом между конической диафрагмой 6 и воронкой 7 образуется зазор, чем обеспечивается перемещение отходов из зоны 4 сушки в зону 5 пиролиза. Запорную воронку 7 опускают с помощью полого штока 8, перекрывая зазор между конической диафрагмой 6 и воронкой 7, а в зону 4 сушки с помощью барабана 3 вновь загружают перерабатываемые отходы. За счет прохода разогретых газов через перфорированную коническую диафрагму 10, перфорированную коническую запорную воронку 11 и макропоры сырья - перерабатываемых отходов в зоне 5 пиролиза обеспечивается их термическая переработка - пиролиз. Причем, процесс пиролиза органосодержащих отходов проходит без доступа воздуха, а окислительный потенциал газовой среды в зоне 5 пиролиза создается за счет остаточной влажности перерабатываемого сырья (до 5-10%) и наличия в указанной зоне диоксида углерода. При пиролизе углерод, содержащийся в перерабатываемых отходах, окисляется до моноокиси с образованием синтез-газа (CO+H₂). При проходе разогретых газов через перфорацию конической диафрагмы 6 и запорной воронки 7 в зону 4 сушки обеспечивается удаление влаги из загруженного сырья, а парогазовая смесь в верхней части вертикальной шахты 1 реактора отводится газоходным каналом 14 и газоходом 15 на очистку и охлаждение. При наличии прилегающих стенок, которыми оборудован барабан 3 загрузочного устройства, предотвращается выброс газов из шахты 1 реактора в атмосферу. Из парогазовой смеси конденсируется углеводородсодержащая составляющая, которая в дальнейшем может использоваться как жидкий топливный продукт в различных производственных процессах. Газовая составляющая, включающая и низкокалорийные газы, полностью сжигается в форкамере 17 и кольцевой камере горения 16, а их избыток используется, например, на отопительные нужды, что в конечном итоге обеспечивает защиту атмосферы от вредных выбросов. После подачи газов пиролиза в форкамеру 17 через газовую горелку 19 прекращают подачу жидкого топлива, а оптимальный температурный режим в реакторе поддерживают только за счет сжигания попутных топливных газов, образующихся в процессе пиролиза органосодержащих отходов. После завершения пиролиза органосодержащих отходов, что определяется временем их переработки, с помощью штока 13 и механизма управления 9 запорную воронку 11 приподнимают с образованием зазора между конической диафрагмой 10 и воронкой 11 и обеспечивают перемещение твердой составляющей переработки отходов в нижнюю часть цилиндрической шахты 1 реактора - разгрузочный бункер 20, объем которого должен быть больше общего объема зоны 5 пиролиза. В зависимости от времени переработки твердая составляющая представлена полукоксом, качественным высококалорийным топливом, использование которого возможно в различных производственных процессах для выработки тепловой энергии или зольным продуктом, использование которого целесообразно для приготовления удобрительных смесей. После выгрузки из зоны 5 пиролиза переработанных отходов в разгрузочный бункер 20 запорную воронку 11 опускают до совмещения с конической диафрагмой 10, перекрывают зазор и в зону 5 пиролиза из зоны 4 сушки перемещают обезвоженные отходы за счет поднятия запорной воронки 7, в зону сушки подают новый объем отходов. Периодически из разгрузочного бункера 20 после понижения температуры твердого продукта, полученного при пиролизной переработке органосодержащих отходов, производят его выгрузку открыванием запорного устройства 21.Recycled organo-containing waste, for example, sludge sewage sludge with a filler, which can be used as woodworking waste and (or) rubber products (crushed tires), in the form of briquettes or pellets, is conveyed into the receiving hopper 2 of the loading device and into one of the drum segments 3. Due to the rotation of the drum 3 around its horizontal axis, waste is transferred to the drying zone 4 of the cylindrical shaft 1 of the reactor with lined walls. At the same time, organo-containing wastes fill the drying zone 4, separated from the pyrolysis zone 5 by a perforated conical diaphragm 6 with a conical locking funnel 7. Liquid fuel is supplied to the prechamber 17 through the fuel oil burner 18 and the heated gas is supplied to the annular combustion chamber 16 located in zone 12 burning. The temperature in the shaft 1 of the reactor rises to an optimal 350-600 ° C, which ensures the removal of excess moisture from the waste placed in zone 4 of the drying. Then, using the hollow rod 8 and the control mechanism 9, the shut-off funnel 7 is lifted. A gap is formed between the conical diaphragm 6 and the funnel 7, which ensures the transfer of waste from the drying zone 4 to the pyrolysis zone 5. The locking funnel 7 is lowered using the hollow rod 8, blocking the gap between the conical diaphragm 6 and the funnel 7, and the processed waste is reloaded into the drying zone 4 using the drum 3. Due to the passage of the heated gases through the perforated conical diaphragm 10, the perforated conical locking funnel 11 and the macropores of the raw materials — processed waste in the pyrolysis zone 5, their thermal processing — pyrolysis is ensured. Moreover, the process of pyrolysis of organo-containing waste takes place without air access, and the oxidizing potential of the gaseous medium in the pyrolysis zone 5 is created due to the residual moisture of the processed raw materials (up to 5-10%) and the presence of carbon dioxide in this zone. During pyrolysis, the carbon contained in the recyclable waste is oxidized to monoxide to form synthesis gas (CO + H ₂ ). When heated gases pass through the perforation of the conical diaphragm 6 and the shut-off funnel 7 into the drying zone 4, moisture is removed from the loaded raw materials, and the gas-vapor mixture in the upper part of the vertical shaft 1 of the reactor is removed by the gas duct 14 and the gas duct 15 for cleaning and cooling. In the presence of adjacent walls with which the drum 3 of the loading device is equipped, the emission of gases from the shaft 1 of the reactor into the atmosphere is prevented. A hydrocarbon-containing component is condensed from the gas-vapor mixture, which can be further used as a liquid fuel product in various production processes. The gas component, including low-calorie gases, is completely burned in the prechamber 17 and the annular combustion chamber 16, and their excess is used, for example, for heating purposes, which ultimately protects the atmosphere from harmful emissions. After the pyrolysis gases have been supplied to the prechamber 17 through the gas burner 19, the liquid fuel supply is stopped, and the optimum temperature in the reactor is maintained only by burning associated fuel gases generated during the pyrolysis of organo-waste. After the pyrolysis of organo-waste was completed, which is determined by the time of its processing, using the rod 13 and control mechanism 9, the shut-off funnel 11 is lifted to form a gap between the conical diaphragm 10 and the funnel 11 and the solid component of the waste-processing is moved to the lower part of the cylindrical shaft 1 of the reactor — unloading hopper 20, the volume of which should be greater than the total volume of the pyrolysis zone 5. Depending on the processing time, the solid component is represented by semi-coke, high-quality high-calorific fuel, the use of which is possible in various production processes for generating thermal energy or an ash product, the use of which is suitable for the preparation of fertilizer mixtures. After unloading from the pyrolysis zone 5 of the processed waste into the discharge hopper 20, the shut-off funnel 11 is lowered to align with the conical diaphragm 10, the gap is closed and dehydrated waste is moved to the pyrolysis zone 5 from the drying zone 4 by raising the shut-off funnel 7, a new volume is fed into the drying zone waste. Periodically from the discharge hopper 20 after lowering the temperature of the solid product obtained by the pyrolysis processing of organo-waste, it is unloaded by opening the shut-off device 21.

При пиролизной переработке органосодержащего илистого осадка хозяйственно-бытовых сточных вод получают 40-50% (по отношению к абсолютно сухому веществу) твердых горючих продуктов (полукокс или пирокарбон) или зольного продукта, до 20-25% жидких продуктов нефтяного ряда (мазут) и до 15-17% газообразных продуктов (газ пиролиза - топочный газ), что определяет высокую эффективность использования реактора. Причем, процесс пиролиза в реакторе практически полностью обеспечивается за счет газа, получаемого в нем, а твердые и жидкие продукты пиролиза могут весьма эффективно использоваться в различных технологических процессах для получения тепловой энергии. При этом за счет возможности сжигания низкокалорийных газов в таком реакторе исключается загрязнение атмосферы, а оперативное использование осадка сточных вод исключает необходимость создания громоздких иловых площадок, где его накопление происходит продолжительное время, что существенно снижает экологическую безопасность очистных сооружений.During the pyrolysis processing of organo-sludge sludge from household wastewater, 40-50% (relative to absolutely dry matter) of solid combustible products (semi-coke or pyrocarbon) or an ash product is obtained, up to 20-25% of liquid oil products (fuel oil) and up to 15-17% of gaseous products (pyrolysis gas - flue gas), which determines the high efficiency of the use of the reactor. Moreover, the pyrolysis process in the reactor is almost completely ensured by the gas produced in it, and the solid and liquid pyrolysis products can be very effectively used in various technological processes to produce thermal energy. At the same time, due to the possibility of burning low-calorie gases in such a reactor, atmospheric pollution is eliminated, and the operational use of sewage sludge eliminates the need to create bulky silt sites where it accumulates for a long time, which significantly reduces the environmental safety of treatment facilities.

Claims

Reactor for the pyrolysis processing of organo-waste products, including a cylindrical shaft with refractory lining, equipped with a loading device and a solid product unloading unit, an exhaust gas duct, conical diaphragms with shut-off funnels installed with the possibility of vertical movement and equipped with rods for opening and closing openings in the conical diaphragms characterized in that the conical diaphragms with locking funnels are perforated and installed in a cylindrical The reactor in the drying zone is at a level above the pyrolysis zone and in the pyrolysis zone at a level above the combustion zone, in addition, the discharge hopper in the lower part of the reactor is conical and equipped with a shut-off device for periodically unloading the finished product.