RU2044756C1

RU2044756C1 - Plant for pyrolysis of solid household and industrial wastes

Info

Publication number: RU2044756C1
Application number: RU93036656A
Authority: RU
Inventors: С.П. Колпаков; Л.С. Венцюлис; И.И. Петий
Original assignee: Колпаков Сергей Поликарпович
Priority date: 1993-06-19
Filing date: 1993-06-19
Publication date: 1995-09-27

Abstract

FIELD: devices for processing of solid household and industrial wastes suitable for use in combination with process steam boilers. SUBSTANCE: plant for pyrolysis of household and industrial wastes has pyrolysis reactor whose body upper part is connected with loading device and drawn-off system of pyrolysis gases, and its lower part is connected with unloading device, fire grate, heater whose body has refractory internal lining, burner and system for supply of air and gas. Rigidly connected to heater body is pyrolysis reactor body. Heater body lower part at the level of reactor body bottom has through hole communicating heater with reactor. Installed above the hole in reactor body is fire grate, and installed under hole is means supplying combustion products from heater furnace space. Arranged below heater is means for supply of air with regulator. Drawn-off system of pyrolysis gases is communicated by means of gas ducts through regulator with system supplying air to heater. EFFECT: higher efficiency. 5 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для переработки твердых бытовых и промышленных отходов и может быть использовано в комплексе с технологическими паровыми котлами. The invention relates to a device for the processing of solid household and industrial wastes and can be used in combination with technological steam boilers.

Известна установка по переработке твердых бытовых отходов с технологическим процессом по методу "Торракс" [1] Отходы загружаются сверху в реактор, представляющий вертикальную шахтную печь, в которой отходы и горячие газы движутся в противотоке. Под действием силы тяжести отходы последовательно проходят зоны сушки, пиролиза, первичного горения и плавления. Термическое разложение органической части сырья в зоне пиролиза осуществляется практически без доступа свободного кислорода за счет тепла восходящего потока горячих газов из зоны первичного горения и плавления. Сгорание твердых углесодержащих продуктов пиролиза происходит в нижней части реактора, куда подается нагретый до 1100^оС воздух. Температура в этой зоне достигает 1650^оС. Газообразные продукты пиролиза, имеющие температуру 430-480^оС, с помощью вентилятора отсасываются из реактора и направляются в автономную от нагревателя и реактора камеру сжигания. Обеспечение температуры, необходимой для протекания реакции пиролиза в реакторе, осуществляется нагревателем, представляющим автономное от реактора устройство, в которое подается воздух и топливо.Known installation for the processing of municipal solid waste with the technological method according to the method of "Torrax" [1] Waste is loaded from above into the reactor, representing a vertical shaft furnace, in which waste and hot gases move in countercurrent. Under the influence of gravity, the waste passes successively the zones of drying, pyrolysis, primary combustion and melting. The thermal decomposition of the organic part of the feedstock in the pyrolysis zone is carried out practically without access of free oxygen due to the heat of the upward flow of hot gases from the primary combustion and melting zone. The combustion of the solid carbonaceous pyrolysis products occurs at the bottom of the reactor, which is fed heated to 1100 ^{° C} air. The temperature in this zone reaches ^about 1650 C. The gaseous pyrolysis products having a temperature of 430-480 ^{° C,} are sucked by a fan from the reactor and sent to an offline from the heater and the combustion reactor chamber. The temperature required for the pyrolysis reaction to take place in the reactor is provided by a heater, which is a device independent of the reactor and into which air and fuel are supplied.

Однако у такой установки для пиролиза в результате высокой температуры в реакторе преобладает газообразная фракция пиролиза, при сжигании которой образуется не соответствующий экологическим нормам объем выбросов дымовых газов. Так, при глубоком сжигании 900 т твердых бытовых отходов образуется 5262 т дымовых газов, а твердая фракция составляет только 5% от объема загрузки отходов. Кроме того, из-за высокой температуры пиролиза происходит образование и выброс в атмосферу соединений тяжелых металлов. However, in such a pyrolysis plant, as a result of high temperature, the gaseous fraction of pyrolysis prevails in the reactor, the combustion of which produces a flue gas emission volume that does not meet environmental standards. So, with the deep burning of 900 tons of municipal solid waste, 5262 tons of flue gases are generated, and the solid fraction is only 5% of the volume of waste loading. In addition, due to the high temperature of pyrolysis, the formation and release of heavy metal compounds into the atmosphere occurs.

Таким образом, данная установка для переработки отходов не соответствует современному уровню экологических показателей, предъявляемых к установкам такого типа. Кроме того, схема установки не позволяет использовать в полной мере ценные продукты пиролиза. Thus, this installation for waste processing does not correspond to the current level of environmental indicators presented to plants of this type. In addition, the installation scheme does not allow the full use of valuable pyrolysis products.

Для решения проблем представляется целесообразной организация схемы установки пиролиза твердых бытовых отходов с увеличенной твердой фракцией пиролиза и снижением температуры процесса. To solve the problems, it seems advisable to organize a scheme for the installation of the pyrolysis of municipal solid waste with an increased solid fraction of pyrolysis and a decrease in the temperature of the process.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка для пиролиза промышленных и бытовых отходов [2] содержащая реактор пиролиза, к верхней части корпуса которого присоединено загрузочное устройство и система отсоса пиролизных газов, а к нижней устройство для выгрузки, колосниковая решетка, нагреватель, имеющий корпус с выложенной огнеупорным материалом внутренней поверхностью, снабженный горелочным устройством и системами подачи воздуха и топлива. Closest to the proposed invention is a plant for pyrolysis of industrial and household waste [2] containing a pyrolysis reactor, to the upper part of the housing of which is connected a loading device and a pyrolysis gas suction system, and to the lower device for unloading, a grate, a heater having a housing with a lined refractory material with an inner surface equipped with a burner and air and fuel supply systems.

Однако эта установка имеет низкие экологические показатели, обусловленные выбросом непосредственно в атмосферу токсичных компонентов пиролизных газов. В установке отсутствует контур утилизации горючих компонентов пиролизных газов. However, this installation has low environmental performance due to the release of toxic components of pyrolysis gases directly into the atmosphere. The installation lacks a circuit for the disposal of combustible components of pyrolysis gases.

Кроме того, расположение реактора пиролиза в топке исключает возможность регулирования процесса и изменения температуры в реакторе в зависимости от морфологического состава загружаемых отходов. Расположение реактора пиролиза в зоне высоких температур (более 1100^оС) требует дорогостоящих конструкционных материалов.In addition, the location of the pyrolysis reactor in the furnace eliminates the possibility of regulating the process and temperature changes in the reactor depending on the morphological composition of the loaded waste. Location pyrolysis reactor in high temperature zone ^(about 1100 C) requires expensive materials of construction.

Задача изобретения состоит в создании простой, дешевой, высокоэффективной, экологически чистой установки для пиролиза твердых бытовых и промышленных отходов с рациональным контуром использования продуктов пиролиза. The objective of the invention is to create a simple, cheap, highly efficient, environmentally friendly installation for the pyrolysis of solid household and industrial waste with a rational use of pyrolysis products.

Для этого в установке для пиролиза твердых бытовых и промышленных отходов, содержащей реактор пиролиза, к верхней части корпуса которого присоединено загрузочное устройство и система отсоса пиролизных газов, а к нижней устройство для выгрузки, колосниковая решетка, нагреватель, имеющий корпус с выложенной огнеупорным материалом внутренней поверхностью, снабженный горелочным устройством и системами подачи воздуха и топлива, с внешней стороны корпуса нагревателя жестко прикреплен корпус реактора пиролиза, в нижней части корпуса нагревателя на уровне днища корпуса реактора выполнено связывающее нагреватель с реактором сквозное отверстие, над которым в корпусе реактора установлена колосниковая решетка, под которой в вышеуказанном отверстии установлено средство для подачи продуктов сгорания из топочного объема нагревателя, ниже которого размещено средство для подачи воздуха с регулятором, а система отсоса пиролизных газов соединена посредством газоходов через регулятор с системой подачи воздуха в нагреватель. To do this, in the installation for the pyrolysis of solid household and industrial wastes containing a pyrolysis reactor, to the upper part of the casing there is connected a loading device and a system for extracting pyrolysis gases, and to the lower device for unloading, a grate, a heater having a casing with an inner surface lined with refractory material equipped with a burner device and air and fuel supply systems, the pyrolysis reactor vessel is rigidly attached to the outside of the heater body, the heating is in the lower part of the body at the bottom of the reactor vessel, there is a through-hole connecting the heater to the reactor, above which a grate is installed in the reactor vessel, under which in the above hole is installed a means for supplying combustion products from the furnace volume of the heater, below which there is a means for supplying air with a regulator, and the pyrolysis gas suction system is connected by means of flues through a regulator to the air supply system to the heater.

Данная схема установки позволяет утилизовать горючие компоненты пиролизных газов, улучшить качество сменообразования дутьевого воздуха с основным топливом за счет увеличения температуры дутьевого воздуха, снизить коэффициент избытка воздуха и выбросы СО, NO_х, а также уменьшить температуру выбросов (уходящих газов) нагревателя (парового котла) за счет наличия водяных паров в пиролизных газах. Кроме того, в результате процесса пиролиза получается пирокарбон.This installation scheme allows you to utilize the combustible components of pyrolysis gases, improve the quality of change of blast air with the main fuel by increasing the temperature of the blast air, reduce the coefficient of excess air and CO, NO _x emissions, as well as reduce the temperature of the emissions (exhaust gases) of the heater (steam boiler) due to the presence of water vapor in pyrolysis gases. In addition, pyrocarbon is obtained as a result of the pyrolysis process.

На фиг.1 приведена схема предлагаемой установки для пиролиза твердых бытовых и промышленных отходов; на фиг.2-5 узлы I-IV на фиг.1 соответственно. Figure 1 shows a diagram of the proposed installation for the pyrolysis of solid household and industrial waste; figure 2-5 nodes I-IV in figure 1, respectively.

Установка содержит загрузочное устройство 1, представляющее бункер 2 и шнековый питатель (не показан) с электроприводом 3. Загрузочное устройство 1 присоединяется к верхней части корпуса 4 реактора 5 пиролиза. В нижней части боковой поверхности корпуса 6 нагревателя 7 на уровне днища корпуса реактора выполнено сквозное отверстие 8, посредством которого продукты сгорания из топочного объема нагревателя 7 попадают через регулятор, например клапан 9, в систему 10 газификации реактора 5 пиролиза. Система газификации представляет собой трубу с отверстиями 11. К нижней части реактора 5 пиролиза подключена система 12 подачи воздуха с регулятором, например клапаном 13. В месте подключения системы 12 подачи воздуха к корпусу 4 выполнено отверстие 14. Верхняя часть корпуса 4 реактора 5 пиролиза снабжена системой отсоса пиролизных газов, состоящей из газоходов 15 и управляемой заслонки 16. В месте присоединения газохода 15 к корпусу 4 выполнено отверстие 17. Над отверстием 8 в корпусе реактора устанавливается колосниковая решетка 18. К нижней части реактора 5 пиролиза присоединено устройство 19 выгрузки с рубашкой 20 охлаждения, шнековым транспортером (не показан) с электроприводом 21. Рубашка 20 охлаждения имеет систему подвода и отвода охлаждающей воды с клапанами 22. Реактор 5 пиролиза монтируется с внешней стороны корпуса 6 нагревателя 7. Нагреватель 7 может представлять собой паровой котел. Внутренняя поверхность корпуса 6 парового котла выполнена огнеупорным материалом 23. На фрагменте корпуса 6 нагревателя 7 демонтирована часть огнеупорного материала 23. С внешней стороны корпуса 6 нагревателя 7 в месте выборки огнеупорного материала монтируется корпус 4 реактора 5 пиролиза. Способ монтажа электродуговая сварка. Величина площади δ представляющая собой площадь теплового контакта корпуса 6, нагревателя 7 и корпуса 4 реактора 5 пиролиза, определяется специальным тепловым расчетом и представляет собой сведения типа "ноу-хау". The installation comprises a loading device 1, representing the hopper 2 and a screw feeder (not shown) with an electric drive 3. The loading device 1 is connected to the upper part of the housing 4 of the pyrolysis reactor 5. A through hole 8 is made in the lower part of the side surface of the housing 6 of the heater 7 at the bottom level of the reactor vessel, through which the products of combustion from the furnace volume of the heater 7 enter through a regulator, for example valve 9, into the gasification system 10 of the pyrolysis reactor 5. The gasification system is a pipe with holes 11. An air supply system 12 with a regulator, for example a valve 13, is connected to the lower part of the pyrolysis reactor 5. A hole 14 is made at the connection point of the air supply system 12 to the casing 4. The upper part of the casing 4 of the pyrolysis reactor 5 is equipped with a system suction of pyrolysis gases, consisting of gas ducts 15 and a controlled shutter 16. A hole 17 is made at the point of connection of the gas duct 15 to body 4. A grate 18. is installed over hole 8 in the reactor body. of the pyrolysis actor 5, an unloading device 19 is connected with a cooling jacket 20, a screw conveyor (not shown) with an electric drive 21. The cooling jacket 20 has a cooling water supply and removal system with valves 22. The pyrolysis reactor 5 is mounted on the outside of the housing 6 of the heater 7. Heater 7 may be a steam boiler. The inner surface of the casing 6 of the steam boiler is made of refractory material 23. On a fragment of the casing 6 of the heater 7, a part of the refractory material 23 is dismantled. On the outside of the casing 6 of the heater 7, the casing 4 of the pyrolysis reactor 5 is mounted. Mounting method electric arc welding. The value of the area δ representing the area of thermal contact of the housing 6, the heater 7 and the housing 4 of the pyrolysis reactor 5, is determined by a special thermal calculation and is a know-how type of information.

Нагреватель 7 имеет систему 24 подачи воздуха с электровентилятором 25 и горелочное устройство 26 с системой 27 подачи топлива. The heater 7 has an air supply system 24 with an electric fan 25 and a burner device 26 with a fuel supply system 27.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

К горелочному устройству 26 подается топливо (поток 2) по системе 27 подачи топлива, воздух по системе 24 подачи воздуха (поток д) от электровентилятора 25 и зажигается факел. Отходы загружаются в бункер 2 (поток а) и шнековым питателем уплотняются в насадке загрузочного устройства 1, образуя воздухоплотную пробку, попадают в реактор 5 пиролиза. Нагрев корпуса 4 реактора 5 пиролиза осуществляется продуктами сгорания нагревателя 7 через корпус 6 нагревателя способом кондукцинной теплопередачи. Кроме того, продукты сгорания за счет избыточного давления в топочном объеме нагревателя 7 поступают через отверстие 8 в нижнюю часть корпуса реактора 5 пиролиза под колосниковую решетку 18 (поток б). Для поддержания нужного теплового поля в реакторе 5 пиролиза и обеспечения содержания необходимого количества воздуха в окисляющей отходы газовой смеси в этот же объем под колосниковую решетку 18 подается воздух (поток b₁) через отверстие 14 и систему 12 подачи воздуха с регулятором 13. Таким образом, в реакторе образуется необходимая температура для протекания процесса пиролиза. Эта температура составляет 700-800^оС. Такая температура, характерная для течения среднетемпературного пиролиза, определяет преобладание твердой фракции (до 40% от объема загружаемых отходов) и образование очень незначительного количества соединений тяжелых металлов. Тепловое поле, созданное за счет кондукционной передачи тепла от продуктов сгорания нагревателя 7 через корпус 4 реактора 5 пиролиза, поддерживает определенную минимальную постоянную температуру процесса, которая корректируется подачей продуктов сгорания из топочного объема нагревателя 7 через отверстие 8 в боковой стенке корпуса 6 нагревателя 7 в систему 10 газификации (поток б) и подачей воздуха через систему 12 (поток в₁).Fuel (stream 2) is supplied to the burner 26 through the fuel supply system 27, air is supplied through the air supply system 24 (stream e) from the electric fan 25 and the torch is ignited. The waste is loaded into the hopper 2 (stream a) and screwed into the nozzle of the loading device 1 by a screw feeder, forming an air-tight plug, into the pyrolysis reactor 5. The heating of the housing 4 of the pyrolysis reactor 5 is carried out by the products of combustion of the heater 7 through the housing 6 of the heater by the method of convection heat transfer. In addition, the combustion products due to excess pressure in the combustion chamber of the heater 7 enter through the hole 8 into the lower part of the pyrolysis reactor vessel 5 under the grate 18 (stream b). To maintain the desired thermal field in the pyrolysis reactor 5 and to provide the required amount of air in the oxidizing waste gas mixture, air (stream b ₁ ) is supplied to the same volume under the grate 18 through the opening 14 and the air supply system 12 with regulator 13. Thus, the necessary temperature is formed in the reactor for the pyrolysis process to occur. This temperature is 700-800 ° ^C. Such a temperature characteristic of the flow of medium pyrolysis determines the predominance of solids (up to 40% of the volume of waste feed) and the formation of very small amounts of heavy metal compounds. The thermal field created by the conduction transfer of heat from the products of combustion of the heater 7 through the housing 4 of the pyrolysis reactor 5 maintains a certain minimum constant process temperature, which is adjusted by the supply of combustion products from the furnace volume of the heater 7 through the hole 8 in the side wall of the housing 6 of the heater 7 into the system 10 gasification (stream b) and air supply through system 12 (stream ₁ ).

В процессе деструкции отходов образующиеся в реакторе пиролиза газы скапливаются в верхней части корпуса реактора 4 и через отверстие 17 и газоходы 15 всасываются в систему 24 подачи воздуха (поток и). Далее, перемешиваясь с воздухом (поток в₂), пиролизные газы подаются электровентилятором 25 в качестве дутьевого воздуха (поток д) к горелочному устройству 26.In the process of waste destruction, the gases generated in the pyrolysis reactor are accumulated in the upper part of the reactor vessel 4 and are sucked into the air supply system 24 (stream i) through the hole 17 and the flues 15. Further, mixing with air (stream ₂ ), pyrolysis gases are supplied by electric fan 25 as blast air (stream e) to the burner 26.

Таким образом, предложенная схема установки позволяет утилизовать горючие компоненты пиролизных газов, улучшить качество смесеобразования дутьевого воздуха с основным топливом за счет увеличения температуры дутьевого воздуха, снизить коэффициент избытка воздуха и выбросы СО и NO_х, а также уменьшить температуру выбросов (уходящих газов) нагревателя (парового котла) за счет наличия водяных паров в пиролизных газах. По мере деструкции отходов углеводородный остаток (пирокарбон) через колосниковую решетку 18 попадает в устройство 19 выгрузки. Здесь пирокарбон охлаждается водой, циркулирующей по рубашке 20 охлаждения, и выгружается. Оптимальный температурный режим протекания процесса пиролиза регулируется путем изменения количества подаваемых на газификацию продуктов сгорания и воздуха, а также отводом пиролизных газов.Thus, the proposed installation scheme makes it possible to utilize the combustible components of pyrolysis gases, improve the quality of the mixture of blast air with the main fuel by increasing the temperature of the blast air, reduce the coefficient of excess air and the emissions of CO and NO _x , and also reduce the temperature of the emissions (exhaust gases) of the heater ( steam boiler) due to the presence of water vapor in the pyrolysis gases. As the waste is degraded, the hydrocarbon residue (pyrocarbon) through the grate 18 enters the discharge device 19. Here, the pyrocarbon is cooled by water circulating through the cooling jacket 20 and discharged. The optimal temperature regime of the pyrolysis process is controlled by changing the amount of combustion products and air supplied to gasification, as well as by removing pyrolysis gases.

Регулирование процесса пиролиза в зависимости от морфологического состава загружаемых отходов может осуществляться или изменением количества подаваемых на газификацию продуктов сгорания по системе 10, или изменением количества подаваемого воздуха по системе 12, или изменением количества отсасываемых пиролизных газов по газоходам 15, а также комбинированным использованием этих способов. Указанные способы позволяют обеспечить необходимый для процессов пиролиза температурный режим в широком диапазоне рабочих режимов нагревателя (парового котла). The regulation of the pyrolysis process depending on the morphological composition of the loaded waste can be carried out either by changing the amount of combustion products supplied to the gasification system 10, or by changing the amount of air supplied through the system 12, or by changing the amount of suction pyrolysis gases through the ducts 15, as well as by combined use of these methods. These methods make it possible to provide the temperature regime necessary for pyrolysis processes in a wide range of operating modes of a heater (steam boiler).

Таким образом, предлагаемая схема установки позволяет рационально использовать все продукты пиролиза и, в частности, утилизовать горючие компоненты пиролизных газов на собственные нужды установки. Кроме того, в предлагаемой установке удалось значительно уменьшить выбросы соединений тяжелых металлов, дожечь токсичные компоненты пиролизных газов и уменьшить температуру выбросов (уходящих газов). Thus, the proposed installation scheme makes it possible to rationally use all pyrolysis products and, in particular, to utilize the combustible components of pyrolysis gases for the plant's own needs. In addition, in the proposed installation, it was possible to significantly reduce emissions of heavy metal compounds, burn out the toxic components of pyrolysis gases and reduce the temperature of emissions (flue gases).

Таким образом, предлагаемая установка является экологически чистой и экономичной, простой и компактной установкой для пиролиза твердых бытовых и промышленных отходов. Thus, the proposed installation is environmentally friendly and economical, simple and compact installation for the pyrolysis of solid household and industrial wastes.

Claims

PLANT FOR PYROLYSIS OF SOLID DOMESTIC AND INDUSTRIAL WASTE, containing a pyrolysis reactor, to the upper part of the casing of which there is a loading device and a pyrolysis gas suction system, and to the lower device for unloading, a grate, a heater having a casing with lined refractory material with an internal surface provided with a burner device and air and fuel supply systems, characterized in that the pyrolysis reactor vessel is rigidly attached to the outside of the heater body, in the lower part of the body the heater’s whisker, at the level of its bottom, there is a through hole connecting the heater to the reactor, over which a grate is installed in the reactor body, under which a means for supplying combustion products from the heater’s furnace volume is installed in the hole, below which there is a means for supplying air with a regulator, and the pyrolysis gas suction system is connected via gas ducts through a regulator to the air supply system to the heater.