RU2525558C1

RU2525558C1 - Thermal portion-by-portion treatment of bulk solid household wastes at landfill

Info

Publication number: RU2525558C1
Application number: RU2013110151/03A
Authority: RU
Inventors: Денис Александрович Долинин; Рамиль Наилевич Габитов; Евгений Сергеевич Семин; Ольга Васильевна Самышина; Ольга Борисовна Колибаба; Павел Олегович Горинов; Олег Иванович Горинов
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-08-20
Also published as: RU2013110151A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: proposed comprises feed of solid wastes to reactor furnace bottom, fed of thermal gas and heated air to furnace top, drying, pyrolysis and gasification of solid wastes. Thermal treatment products are discharged as thermal gas from pyrolysis and gasification zone. Here used is bell-type reactor furnace with crown flat-flame burners to be mounted from above at portion of solid household wastes ply. After complete thermal destruction of said portion, unprocessed inorganic materials are removed to fit mobile reactor furnace at new portion of solid household layer.

EFFECT: higher efficiency of processing.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам переработки несортированных твердых бытовых отходов (ТБО) посредством пиролиза и газификации в печи-реакторе с целью получения горючего газа и может быть использовано для термического уничтожения ТБО, хранящихся на полигонах крупных населенных пунктов.The invention relates to methods for processing unsorted municipal solid waste (MSW) by pyrolysis and gasification in a reactor furnace in order to produce combustible gas and can be used for the thermal destruction of solid waste stored in landfills of large settlements.

Проблема уничтожения ТБО в настоящее время является актуальной, т.к. ее решение предотвращает угрозу здоровью и жизни населения, а также нарушению экологического равновесия.The problem of the destruction of solid waste is currently relevant, because its solution prevents a threat to the health and life of the population, as well as a violation of the ecological balance.

Существует ряд способов переработки ТБО в режиме горения, например «Способ сжигания твердых бытовых и прочих органических отходов и устройство для его осуществления» (Патент РФ №2249766, МПК F23G 5/00, 2005), «Способ и устройство для сжигания твердых бытовых отходов» (Патент РФ №2265773, МПК F23G 5/0, 2005), включающие непосредственное сжигания ТБО в печах на колосниковых решетках.There are a number of methods for processing solid waste in the combustion mode, for example, “Method for burning solid household and other organic waste and a device for its implementation” (RF Patent No. 22979766, IPC F23G 5/00, 2005), “Method and device for burning solid household waste” (RF Patent No. 2265773, IPC F23G 5/0, 2005), including the direct burning of solid waste in furnaces with grates.

Недостатком указанных способов являются загрязнение атмосферного воздуха ядовитыми продуктами горения, предотвратить который можно лишь путем использования дорогостоящей очистки дымовых газов.The disadvantage of these methods is the pollution of atmospheric air with toxic combustion products, which can only be prevented by using expensive flue gas treatment.

Более перспективными являются способы, основанные на термообработке ТБО процессами газификации и пиролиза с получением топливного газа, например «Способ обработки твердых бытовых отходов» (Патент РФ №2254518, МПК F23G 5/24, 2005), «Способ пиролиза твердых бытовых отходов» (Патент РФ №1548601, МПК F23G 5/027, 1960). ТБО содержат значительное количество органических веществ: бумаги, древесины, пластмасс, резины и тому подобное, которые при нагреве без доступа кислорода образуют горючий газ. Твердые неорганические остатки, образующиеся после термообработки, неагрессивны к окружающей среде.More promising are methods based on heat treatment of solid waste with gasification and pyrolysis processes to produce fuel gas, for example, “Method for the treatment of municipal solid waste” (RF Patent No. 2254518, IPC F23G 5/24, 2005), “Method for the pyrolysis of municipal solid waste” (Patent RF №1548601, IPC F23G 5/027, 1960). MSW contains a significant amount of organic substances: paper, wood, plastics, rubber and the like, which when heated without oxygen, form a combustible gas. Solid inorganic residues formed after heat treatment are non-aggressive to the environment.

Известен ряд способов, основанных на последовательной слоевой термообработке твердых органических топлив в потоке газа-окислителя в печах шахтного типа (например, Патент США №4732091, МПК F23G 5/027, 1988 г.).A number of methods are known based on sequential layer-by-layer heat treatment of solid organic fuels in an oxidizing gas stream in shaft-type furnaces (for example, US Patent No. 4732091, IPC F23G 5/027, 1988).

Основной недостаток способа заключается в использовании движущихся решеток, которые подвержены быстрому загрязнению и изнашиванию.The main disadvantage of this method is the use of moving gratings, which are prone to rapid contamination and wear.

Известен способ термической переработки (Патент РФ №2079051, МПК F23G 5/027, 1994 г.), согласно которому частично горючие твердые бытовые отходы поступают в реактор (печь шахтного типа), где осуществляется последовательно сушка, пиролиз и газификация горючих составляющих ТБО. Топливный газ выводится из верхней части реактора с температурой не выше 400°C. Нагрев загружаемых ТБО производится за счет фильтрации газа в слой ТБО.A known method of thermal processing (RF Patent No. 2079051, IPC F23G 5/027, 1994), according to which partially combustible municipal solid waste is fed into a reactor (shaft type furnace), where the drying, pyrolysis and gasification of combustible solid waste are sequentially carried out. Fuel gas is discharged from the top of the reactor at a temperature not exceeding 400 ° C. The heating of the loaded solid waste is done by filtering the gas into the solid waste layer.

Основной недостаток способа заключается в поддержании необходимого соотношения массовых долей горючих и негорючих компонентов с целью организации требуемого температурного режима термопереработки.The main disadvantage of this method is to maintain the necessary ratio of mass fractions of combustible and non-combustible components in order to organize the required temperature regime of heat treatment.

Известен способ термической переработки несортированных ТБО (Патент РФ №2437030, МПК F23G 5/027, 2010), принятый за прототип. Согласно этому способу несортированные ТБО загружаются в термореактор - печь шахтного типа, где они последовательно проходят процессы сушки и пиролиза с газификацией твердого углеродистого остатка и удалением из реактора твердых неорганических веществ. Паровоздушную смесь подают под слой твердого углеродистого остатка для организации процесса газификации. Нагрев и сушку ТБО производят за счет теплообмена с фильтрацией потока газа. Распределение температур в термореакторе следующее: в зоне сушки 120-350°C, в зонах пиролиза и газификации до 1300°C, а температура горючего газа на выходе не выше 400°C.A known method of thermal processing of unsorted solid waste (RF Patent No. 2437030, IPC F23G 5/027, 2010), adopted as a prototype. According to this method, unsorted solid waste are loaded into a thermoreactor - a shaft type furnace, where they successively undergo drying and pyrolysis processes with gasification of a solid carbon residue and removal of solid inorganic substances from the reactor. The vapor-air mixture is fed under a layer of solid carbon residue to organize the gasification process. Heating and drying of solid waste is carried out by heat exchange with filtering the gas stream. The temperature distribution in the thermoreactor is as follows: in the drying zone 120-350 ° C, in the pyrolysis and gasification zones up to 1300 ° C, and the temperature of the combustible gas at the outlet is not higher than 400 ° C.

Недостатками данного способа являются: во-первых, ограниченна газопроницаемость слоя ТБО, которая затрудняет тепломассобменные процессы; во-вторых, наличие загрузки ТБО в реактор и удаление твердой неорганики усложняют технологию переработки и приводят к ее удорожанию; в-третьих, организация рециркуляционного контура продуктов сушки в зону газификации приводит к усложнению технологии.The disadvantages of this method are: firstly, the limited gas permeability of the MSW layer, which complicates the heat and mass transfer processes; secondly, the presence of solid waste loading into the reactor and the removal of solid inorganics complicate the processing technology and lead to its cost increase; thirdly, the organization of the recirculation loop of the drying products into the gasification zone leads to a complication of the technology.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности технологии переработки ТБО.The technical result of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the technology for processing solid waste.

Технический результат достигается тем, что в способе порционной термической переработки несортированных твердых бытовых отходов на полигоне, включающем поступление твердых бытовых отходов в нижнюю часть печи-реактора, подачу в верхнюю часть печи-реактора на горелки термогаза и подогретого воздуха, последовательные сушку, пиролиз и газификацию твердых бытовых отходов, вывод продуктов термической переработки в виде термогаза из зоны пиролиза и газификации, используют мобильную установку печь-реактор колпакового типа со сводовыми плоскопламенными горелками, которую устанавливают сверху на порцию слоя твердых бытовых отходов, после полного термического уничтожения порции слоя твердых бытовых отходов удаляют непереработанную неорганику, мобильную установку печь-реактор устанавливают на новую порцию слоя твердых бытовых отходов. Сушку осуществляют при температуре в пределах 100-350°C.The technical result is achieved by the fact that in the method of batch heat treatment of unsorted municipal solid waste at a landfill, including the receipt of municipal solid waste into the lower part of the reactor furnace, feeding the upper part of the reactor furnace to thermogas burners and heated air, sequential drying, pyrolysis and gasification municipal solid waste, removal of thermal processing products in the form of thermogas from the pyrolysis and gasification zone, use a bell-type mobile furnace-reactor installation with vaulted plates with flame burners, which is installed on top of a portion of a layer of municipal solid waste, after complete thermal destruction of a portion of a layer of municipal solid waste, unprocessed inorganics are removed, the mobile installation of the reactor furnace is installed on a new portion of a layer of municipal solid waste. Drying is carried out at a temperature in the range of 100-350 ° C.

То есть термическая переработка порции слоя ТБО осуществляется за счет тепловой энергии, производимой плоскопламенными горелками. ТБО проходят последовательно процессы газификации, пиролиза и сушки вглубь слоя до полной его переработки. Продукты пиролиза и газификации в виде термогаза непрерывно выводятся из верхней части реактора. После переработки слоя ТБО мобильную установку перемещают на другое место, на следующую порцию слоя ТБО.That is, the thermal processing of a portion of the solid waste layer is carried out due to the thermal energy produced by the flat flame burners. MSW pass sequentially processes of gasification, pyrolysis and drying deep into the layer until it is completely processed. The products of pyrolysis and gasification in the form of thermogas are continuously removed from the upper part of the reactor. After processing the MSW layer, the mobile unit is moved to another place, to the next portion of the MSW layer.

На чертеже представлена схема осуществления способа.The drawing shows a diagram of the method.

На слой несортированных ТБО непосредственно на полигоне устанавливают печь-реактор в виде колпака 1 со сводовыми плоскопламенными горелками 2. ТБО в печи-реакторе в виде колпака 1 проходят снизу вверх зону подсушки 3 и зону пиролиза и газификации 4. Термогаз отбирают из зоны пиролиза и газификации 4 и охлаждают в теплообменнике 5. Часть газа направляют потребителю, а часть - в сводовые плоскопламенные горелки 2. Туда же подают воздух, предварительно подогретый в теплообменнике 5.On a layer of unsorted solid waste directly in the landfill, a furnace reactor in the form of a cap 1 with flat-burner vaults 2 is installed. Solid waste in the furnace reactor in the form of a cap 1 passes from the bottom up the drying zone 3 and the pyrolysis and gasification zone 4. Thermogas is taken from the pyrolysis and gasification 4 and cooled in the heat exchanger 5. Part of the gas is sent to the consumer, and part to the flat-burner vaults 2. Air is supplied there, preheated in the heat exchanger 5.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом: подвижную установку - печь-реактор в виде колпака со сводовыми плоскопламенными горелками, обеспечивающими температуру в верхней части печи 1300°C, устанавливают на поверхность слоя несортированных ТБО непосредственно на полигоне.The proposed method is implemented as follows: a movable installation — a furnace reactor in the form of a hood with flat-burner vaults providing a temperature in the upper part of the furnace of 1300 ° C, is installed on the surface of an unsorted solid waste layer directly on the landfill.

Попадая таким образом в печь снизу, ТБО проходят процесс пиролиза с последующей газификацией твердого углеродистого остатка в верхней части печи в зоне пиролиза и газификации 4, обеспечивая прогрев нижних слоев и сушку ТБО в зоне подсушки 3 при температуре в пределах 100-350°C. Зону пиролиза и газификации располагают над зоной подсушки, исключая таким образом влияние газопроницаемости слоя ТБО на процесс термопереработки. Удаленная из ТБО влага в смеси с легкими летучими соединениями, попадая в зону пиролиза и газификации 4, взаимодействует с твердым углеродистым остатком (ТУО).Having thus got into the furnace from below, the MSW undergoes a pyrolysis process followed by gasification of the solid carbon residue in the upper part of the furnace in the pyrolysis and gasification zone 4, providing heating of the lower layers and drying of the MSW in drying zone 3 at a temperature in the range of 100-350 ° C. The pyrolysis and gasification zone is located above the drying zone, thus eliminating the influence of the gas permeability of the MSW layer on the heat treatment process. Moisture removed from solid waste in a mixture with light volatile compounds, falling into the pyrolysis and gasification zone 4, interacts with a solid carbon residue (TUO).

В зоне пиролиза и газификации 4 за счет теплообмена излучением горючие составляющие ТБО пиролизуются, образуя пиролизный газ и ТУО, который газифицируется с получением топливного газа. Смесь пиролизного и топливного газов (термогаз) отводят в теплообменник для последующего охлаждения до температуры не выше 400°C. Часть термогаза совместно с воздухом, предварительно подогретым в теплообменнике до температуры не ниже 300°C, подводят к горелкам печи-реактора. Оставшийся термогаз направляют потребителю. Процесс осуществляют до полного уничтожения порции ТБО. Непереработанные неорганические компоненты ТБО оставляют на грунте для дальнейшей утилизации. Затем мобильную установку переставляют на другое место для переработки следующей порции ТБО и т.д.In the pyrolysis and gasification zone 4, due to heat transfer by radiation, the combustible components of MSW are pyrolyzed, forming pyrolysis gas and TUO, which is gasified to produce fuel gas. A mixture of pyrolysis and fuel gases (thermogas) is taken to a heat exchanger for subsequent cooling to a temperature not exceeding 400 ° C. Part of the thermogas, together with the air preheated in the heat exchanger to a temperature of at least 300 ° C, is fed to the burners of the reactor furnace. The remaining thermogas is sent to the consumer. The process is carried out until the complete destruction of a portion of solid waste. Unprocessed inorganic components of solid waste are left on the ground for further disposal. Then the mobile unit is moved to another place for processing the next portion of solid waste, etc.

Таким образом, применение заявляемого способа обеспечивает повышение эффективности технологии переработки ТБО.Thus, the application of the proposed method provides an increase in the efficiency of the technology for processing solid waste.

Claims

1. The method of portioned thermal processing of unsorted municipal solid waste at the landfill, including the receipt of municipal solid waste into the lower part of the reactor furnace, feeding the thermogas and heated air burners to the upper part of the reactor furnace, sequential drying, pyrolysis and gasification of municipal solid waste, conclusion thermal processing products in the form of thermogas from the pyrolysis and gasification zone, characterized in that they use a bell-type mobile furnace-reactor installation with flat-burner vaults , Which is mounted on top of the batch layer of solid waste, after the complete thermal destruction of the batch of solid waste layer removed unprocessed inorganics, mobile unit reactor furnace set at a new portion of the layer of municipal solid waste.

2. The method according to claim 1, characterized in that the drying is carried out at a temperature in the range of 100-350 ° C.