RU2729301C1 - Domestic waste recycler - Google Patents
Domestic waste recycler Download PDFInfo
- Publication number
- RU2729301C1 RU2729301C1 RU2020110055A RU2020110055A RU2729301C1 RU 2729301 C1 RU2729301 C1 RU 2729301C1 RU 2020110055 A RU2020110055 A RU 2020110055A RU 2020110055 A RU2020110055 A RU 2020110055A RU 2729301 C1 RU2729301 C1 RU 2729301C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pyrolysis
- hydrogen
- gases
- plasma
- products
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
- F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
Abstract
Description
Область техники. Изобретение относится к утилизаторам бытовых отходов на основе высокотемпературного пиролиза сырья из неизмельченных твердых отходов с получением горючих газов и может быть использовано для утилизации твердых и жидких бытовых отходов. The field of technology. The invention relates to household waste utilizers based on high-temperature pyrolysis of raw materials from non-crushed solid waste with the production of combustible gases and can be used for disposal of solid and liquid household waste.
Уровень техники. Известен способ утилизации бытовых отходов (БО) на основе пиролиза жидких углеводородов в трубчатых печах /RU 2497930/. Генерация высокотемпературного потока теплоносителя происходит путем сжигания в камере сгорания стехиометрической топливокислородной смеси. Газообразное или жидкое углеводородное сырье, предварительно смешанное с водяным паром, инжектируют в зону смешения. State of the art. A known method of utilization of household waste (BW) based on the pyrolysis of liquid hydrocarbons in tube furnaces / RU 2497930 /. A high-temperature coolant flow is generated by burning a stoichiometric fuel-oxygen mixture in the combustion chamber. Gaseous or liquid hydrocarbon feedstock, pre-mixed with steam, is injected into the mixing zone.
Недостатком данного способа является необходимость подачи топливокислородной смеси, что ограничивает возможности применения изобретения.The disadvantage of this method is the need to supply the fuel-oxygen mixture, which limits the application of the invention.
Известен утилизатор бытовых отходов /RU 2524110/, содержащий загрузочную емкость, пиролизную камеру и нагревательные элементы, подсоединенные к источнику электропитания и обеспечивающие разделение на локально нагреваемые ячейки.Known utilizer of household waste / RU 2524110 / containing a loading container, a pyrolysis chamber and heating elements connected to a power source and providing separation into locally heated cells.
Недостатком утилизатора /RU 2524110/ является низкая температура пиролиза, что приводит к неполной и недостаточно качественной переработке утилизируемого сырья.The disadvantage of the utilizer / RU 2524110 / is the low pyrolysis temperature, which leads to incomplete and insufficient quality processing of the utilized raw material.
Наиболее близким по сущности изобретения является утилизатор бытовых отходов /RU 2684878, 15.04.2019/, содержащий загрузочную емкость 1 и пиролизную камеру (ПК) 2, соединенную по выходу с системой 3 переработки продуктов пиролиза, причем корпус пиролизной камеры 2 выполнен из термостойкого материала, а внутри корпуса установлен плазменный сжигатель 4 бытовых отходов (БО). The closest to the essence of the invention is a household waste disposer / RU 2684878, 04/15/2019 / containing a
При этом плазменный сжигатель БО выполнен в виде электродугового нагревателя, установленного в верхней части пиролизной камеры, а загрузочная емкость - в виде подвижной полусферы с возможностью периодической загрузки и подачи БО в пиролизную камеру с нижней её стороны на время сжигания БО.In this case, the BO plasma burner is made in the form of an electric arc heater installed in the upper part of the pyrolysis chamber, and the loading container is in the form of a movable hemisphere with the possibility of periodic loading and supply of BO to the pyrolysis chamber from its lower side during the BW combustion.
Недостатком утилизатора /RU 2684878/ является недостаточная производительность утилизации, связанная с периодической подачей БО в пиролизную камеру и пониженной температурой сжигания БО в пиролизной камере.The disadvantage of the utilizer / RU 2684878 / is the insufficient utilization capacity associated with the periodic supply of BW to the pyrolysis chamber and the lowered temperature of BW combustion in the pyrolysis chamber.
Постановка задачи. Задачей изобретения является повышение производительности утилизатора, а техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи – сокращение времени утилизации с одновременным повышением качества переработки БО. Formulation of the problem. The objective of the invention is to increase the productivity of the utilizer, and the technical result that ensures the solution of this problem is to reduce the utilization time with a simultaneous increase in the quality of BW processing.
Сущность изобретения. The essence of the invention.
Достижение заявленного технического результата и решение поставленной задачи обеспечивается тем что утилизатор бытовых отходов (БО) содержит загрузочную емкость и пиролизную камеру (ПК), соединенную по выходу с системой переработки продуктов пиролиза. При этом корпус пиролизной камеры выполнен из термостойкого материала, а внутри корпуса установлен плазменный сжигатель (ПС) бытовых отходов (БО).Achievement of the claimed technical result and solution of the task is ensured by the fact that the utilizer of household waste (BW) contains a loading tank and a pyrolysis chamber (PC) connected at the outlet with a system for processing pyrolysis products. In this case, the body of the pyrolysis chamber is made of heat-resistant material, and a plasma incinerator (PS) of household waste (BW) is installed inside the body.
Новым в утилизаторе является:New in the utilizer is:
- Выполнение загрузочной емкость в виде бункера для БО, соединенного через шнековый механизм подачи и мельчения БО с входом пиролизной камеры.- Implementation of the loading container in the form of a bunker for BO, connected through a screw mechanism for feeding and grinding BO with the inlet of the pyrolysis chamber.
- Выполнение плазменного сжигателя БО в виде блока водородных горелок, установленных в боковых стенках корпуса пиролизной камеры (ПК), сфокусированных факелами в центр её внутренней полости и соединенных по входу через соответствующие дозаторы с выходом генератора водорода.- Implementation of the BO plasma burner in the form of a block of hydrogen burners installed in the side walls of the pyrolysis chamber (PC) casing, focused by torches into the center of its internal cavity and connected at the inlet through appropriate dispensers to the outlet of the hydrogen generator.
- Выполнение системы переработки продуктов пиролиза в виде блока последовательно соединенных преобразователя кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию, разделителя продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы и преобразователь разделенных газов (ПРГ) в полезные продукты.- Implementation of a system for processing pyrolysis products in the form of a block of series-connected converters of kinetic energy (PKE) of pyrolysis plasma into electrical energy, a separator of pyrolysis products (RPP) into constituent gases and a separated gases converter (PRG) into useful products.
- Установка пиролизной камеры (ПК) и преобразователь ПКЭ в герметичном кожухе, заполненном высокотемпературной охлаждающей жидкостью и снабженном патрубками для соединения с внешним теплообменником.- Installation of a pyrolysis chamber (PC) and a PKE converter in a sealed casing filled with a high-temperature cooling liquid and equipped with branch pipes for connection to an external heat exchanger.
Доказательство достижения заявленного технического результата и решения поставленной задачи. Proof of achieving the declared technical result and solving the problem.
Выполнение загрузочной емкость в виде бункера для БО, соединенного через шнековый механизм подачи и мельчения БО с входом пиролизной камеры в отличие от прототипа /RU 2684878/ обеспечивает непрерывную подачу БО в пиролизную камеру и, тем самым, ускоряет процесс утилизации БО.Implementation of the loading container in the form of a bunker for BW, connected through a screw mechanism for feeding and grinding BW to the entrance of the pyrolysis chamber, in contrast to the prototype / RU 2684878 /, provides a continuous supply of BW to the pyrolysis chamber and, thereby, accelerates the process of BW utilization.
Выполнение плазменного сжигателя БО в виде блока водородных горелок, установленных в боковых стенках корпуса пиролизной камеры (ПК), сфокусированных факелами в центр её внутренней полости и соединенных по входу через соответствующие дозаторы с выходом генератора водорода позволяет повысит температуру в пиролизной камере до температуры сублимации БО и преобразования их непосредственно в плазму минуя жидкое и газообразное состояние БО.Implementation of a plasma BO burner in the form of a block of hydrogen burners installed in the side walls of the pyrolysis chamber (PC) body, focused by torches to the center of its internal cavity and connected at the inlet through appropriate dispensers with the outlet of a hydrogen generator allows increasing the temperature in the pyrolysis chamber to the sublimation temperature of the BO and converting them directly into plasma bypassing the liquid and gaseous state of the BO.
Выполнение системы переработки продуктов пиролиза в виде блока последовательно соединенных ПКЭ, РПП и ПРГ позволяют последовательно во времени извлекать из плазменных продуктов пиролиза электрическую энергию, фильтровать из пиролизной плазмы полезные газы и синтезировать из отфильтрованных газов полезные продукты.The implementation of the pyrolysis products processing system in the form of a block of sequentially connected PCE, RPP and PRG allows sequentially in time to extract electrical energy from plasma pyrolysis products, filter useful gases from the pyrolysis plasma and synthesize useful products from filtered gases.
Установка ПК и ПКЭ в герметичном кожухе, заполненном высокотемпературной охлаждающей жидкостью и снабженном патрубками для соединения с внешним теплообменником, позволяют производить дополнительный отбор тепловой энергии утилизации для систем отопления и горячего водоснабжения.Installation of PC and PQE in a sealed casing filled with a high-temperature coolant and equipped with branch pipes for connection to an external heat exchanger, allow additional extraction of heat recovery energy for heating and hot water supply systems.
В целом указанные технические преимущества предложенного утилизатора позволяют сократить время утилизации БО с одновременным повышением качества переработки БО в полезные продукты, тепловую и электрическую энергию. On the whole, the indicated technical advantages of the proposed utilizer make it possible to reduce the time of BW utilization with a simultaneous increase in the quality of BW processing into useful products, heat and electric energy.
В результате обеспечивается решение поставленной задачи по повышению производительности утилизатора с одновременным увеличением его коэффициента полезного действия.As a result, the solution to the task of increasing the productivity of the heat exchanger with a simultaneous increase in its efficiency is provided.
Ссылка на чертежи. На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого утилизатора бытовых отходов (БО). На фиг. 2 – пример конструктивного исполнения генератора водорода комбинированного типа на основе резонансно-электролитического разложения воды. На фиг. 3 – рисунок, поясняющий конструкцию преобразователя кинетической энергии (ПКЭ) плазмы в электрическую энергию на основе магнитогидродинамического (МГД) генератора кондукционного типа. На фиг. 4 – поперечный разрез кондукционного МГД-генератора по линии А-А (фиг. 3). На фиг. 5 – рисунок, поясняющий конструкцию преобразователя кинетической энергии (ПКЭ) плазмы в электрическую энергию на основе МГД - генератора индукционного типа. На фиг. 6 – таблица молекулярных размеров основных пиролизных газов БО, поясняющая принцип мембранной фильтрации и разделения пиролизных газов на их составляющие. На фиг. 7 – функциональная схема разделителя продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы на основе мембранной фильтрации. На фиг. 8 – – таблица температурных характеристик пиролизных газов БО, поясняющая принцип температурного разделения пиролизных газов на жидкие составляющие. На фиг. 9 – рисунок, поясняющий конструкцию криогенного РПП на основе адиабатического охлаждения пиролизых газов до жидкого состояния и последовательного разделения их на жидкие фракции. На фиг. 10 – функциональная схема преобразователя разделенных газов (ПРГ) в полезные продукты на основе рационального смешения разделенных пиролизных газов. На фиг. 11 – рисунок поясняющий конструкцию высокотемпературного охладителя ПК и ПКЭ на основе комбинированного теплообмена жидкого лития и воды для систем отопления и горячего водоснабжения. Link to drawings. FIG. 1 shows the design of the proposed utilizer of household waste (BW). FIG. 2 is an example of the design of a combined type hydrogen generator based on resonant electrolytic decomposition of water. FIG. 3 is a figure explaining the design of a plasma kinetic energy converter (PEC) into electrical energy based on a magnetohydrodynamic (MHD) conduction-type generator. FIG. 4 is a cross-section of a conduction MHD generator along the line A-A (Fig. 3). FIG. 5 is a figure explaining the design of a plasma kinetic energy converter (PCE) into electrical energy based on MHD - an induction-type generator. FIG. 6 - table of molecular sizes of the main pyrolysis gases of BO, explaining the principle of membrane filtration and separation of pyrolysis gases into their components. FIG. 7 is a functional diagram of a separator of pyrolysis products (RPP) into constituent gases based on membrane filtration. FIG. 8 - - table of temperature characteristics of pyrolysis gases BO, explaining the principle of temperature separation of pyrolysis gases into liquid components. FIG. 9 is a figure explaining the design of a cryogenic RPP based on adiabatic cooling of pyrolysis gases to a liquid state and their sequential separation into liquid fractions. FIG. 10 is a functional diagram of a separated gases converter (PRG) into useful products based on rational mixing of separated pyrolysis gases. FIG. 11 is a drawing explaining the design of a high-temperature cooler PK and PKE based on combined heat exchange of liquid lithium and water for heating and hot water supply systems.
На фиг. 1-11 позициями обозначены:FIG. 1-11 positions indicate:
1 – загрузочная емкость (бункер) бытовых отходов (БО);1 - loading capacity (bunker) of household waste (BW);
2 - пиролизная камера (ПК);2 - pyrolysis chamber (PC);
3 – дозатор окислителя (кислород и/или воздух);3 - oxidizer dispenser (oxygen and / or air);
4 - система переработки продуктов пиролиза;4 - system for processing pyrolysis products;
5 - механизм подачи и мельчения БО;5 - mechanism for feeding and grinding BO;
5.1 – привод механизма 5;5.1 -
6 - водородная горелка;6 - hydrogen burner;
7 – дозатор водородного горючего;7 - hydrogen fuel dispenser;
8 - генератор водорода;8 - hydrogen generator;
8.1-корпус генератора водорода;8.1 - hydrogen generator housing;
8. 2 – муфта подключения вывода водорода к горелкам 6 ПК 2;8. 2 - clutch for connecting the hydrogen outlet to
8.3-патрубок вывода кислорода;8.3-oxygen outlet branch pipe;
8.4-патрубок подвода расходной воды;8.4-branch pipe for supplying water supply;
8.5- волновод подачи импульсов электромагнитного излучения (ЭМИ);8.5 - waveguide for supplying pulses of electromagnetic radiation (EMP);
8.6 – фокусирующая линза;8.6 - focusing lens;
8.7, 8.8 – положительный и отрицательный электрод электрического разделителя газа Брауна на водород и кислород соответственно;8.7, 8.8 - positive and negative electrodes of Brown's electric separator for hydrogen and oxygen, respectively;
8.9, 8.10 – первая и вторая токопроводящие сетки для 8.7, 8.8 электродов соответственно;8.9, 8.10 - the first and second conductive grids for 8.7, 8.8 electrodes, respectively;
8.11, 8.12 – зона накопления водорода и кислорода соответственно;8.11, 8.12 - zone of accumulation of hydrogen and oxygen, respectively;
8.13 - разделительная перегородка зон 8.11, 8.12;8.13 - dividing partition of zones 8.11, 8.12;
8.14 – зона фокусировки ЭМИ;8.14 - EMR focusing area;
8.15 – управляемый генератор ЭМИ;8.15 - controlled EMP generator;
9 -преобразователь кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию;9 -converter of kinetic energy (PKE) of pyrolysis plasma into electrical energy;
9.1 – магнитогидродинамический (МГД) генератор кондукционного типа;9.1 - magnetohydrodynamic (MHD) conduction-type generator;
9.1.1 – сопло кондукционного генератора 9.1;9.1.1 - nozzle of the conduction generator 9.1;
9.1.2, 9.1.3 – положительный и отрицательный токосъемные электроды соответственно;9.1.2, 9.1.3 - positive and negative current-collecting electrodes, respectively;
9.1.4, 9.1.5 – первый и второй магниты;9.1.4, 9.1.5 - the first and second magnets;
9.1.6 – токосъемная электрическая цепь нагрузки;9.1.6 - current-collecting electrical circuit of the load;
9.2 – МГД - генератор индукционного типа;9.2 - MHD - induction type generator;
9.2.1 – сопло индукционного генератора 9.2;9.2.1 - induction generator nozzle 9.2;
9.2.2 – токосъемная обмотка генератора 9.2;9.2.2 - current-collecting winding of the generator 9.2;
10 - разделитель продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы;10 - separator of pyrolysis products (RPP) into constituent gases;
10.1- мембранный разделитель пиролизных газов;10.1- pyrolysis gas diaphragm separator;
10.1.1 – блок компрессоров разделителя 10.1;10.1.1 - separator compressor block 10.1;
10.1.2 – блок мембранных фильтров (МБ) разделителя 10.1;10.1.2 - block of membrane filters (MB) separator 10.1;
10.2- криогенный разделитель пиролизных газов;10.2- cryogenic separator of pyrolysis gases;
10.2.1 – компрессор разделителя 10.2;10.2.1 - separator compressor 10.2;
10.2.2 – криогенная установка;10.2.2 - cryogenic installation;
10.2.2.1 – адиабатический охладитель пиролизных газов;10.2.2.1 - adiabatic cooler of pyrolysis gases;
11 - преобразователь разделенных газов (ПРГ) в полезные продукты;11 - converter of separated gases (PRG) into useful products;
11.1 – блок управления ПРГ;11.1 - PRG control unit;
11.2 – дозатор газов;11.2 - gas dispenser;
11.3 – смеситель;11.3 - mixer;
12 - высокотемпературный охладитель ПК 2 и ПКЭ 9;12 - high-
12.1 – литий;12.1 - lithium;
12.2 – змеевик;12.2 - coil;
12.3, 12.4 – входная и выходная муфты подключения теплообменника системы отопления и горячего водоснабжения;12.3, 12.4 - input and output couplings for connecting a heat exchanger of the heating and hot water supply system;
13 – блок управления утилизатором;13 - utilizer control unit;
14- клапан вывода шлама;14- sludge discharge valve;
15 – дымосос;15 - smoke exhauster;
16 – дымовая труба.16 - chimney.
Раскрытие сущности изобретения. Disclosure of the essence of the invention.
Согласно фиг. 1- фиг. 11 утилизатор бытовых отходов содержит загрузочную емкость 1, выполненную в виде бункера для бытовых отходов (БО), соединенного через шнековый механизм 5 подачи и мельчения БО с входом пиролизной камеры (ПК) 2. Механизм 5 через привод 5.1 соединен с управляющим выходом блока 13 управления утилизатором (на фигурах не показано). Корпус ПК 2 выполнен из термостойкого материала. Внутри корпуса ПК 2 установлен плазменный сжигатель БО, включающий не менее четырех водородных горелок 6 для создания суммарной температуры в центре камеры 2 не менее 6000 °С, близкой к температуре на поверхности Солнца. Горелки 6 установлены в боковых стенках корпуса ПК 2 и сфокусированы факелами в центр внутренней полости камеры 2. Входы горелок 6 через дозатор 7 водорода соединены с выходом генератора 8 водорода. As shown in FIG. 1 - fig. 11, the utilizer of household waste contains a
Генератор 8 водорода для предлагаемого утилизатора БО может быть выполнен в виде электролитического, химического, твердотельного, электромагнитного или электродугового расщепителя воды на водород и кислород /RU 2596605/ или на основе их комбинации. The
Согласно /RU 2596605/ электролитический расщепитель воды содержит емкость для воды с кислотным или щелочным катализатором. Емкость в верхней части разделена вертикальной перегородкой на два сектора. В нижней части секторов установлены разнополярные электроды, а в верхней части патрубки для вывода разделенных газов соответствующей полярности. У положительного электрода водород, а у отрицательного – кислород.According to / RU 2596605 / the electrolytic water splitter contains a water tank with an acidic or alkaline catalyst. The container in the upper part is divided by a vertical partition into two sectors. In the lower part of the sectors, different polarity electrodes are installed, and in the upper part there are nozzles for the output of separated gases of the corresponding polarity. The positive electrode has hydrogen and the negative electrode has oxygen.
Химический расщепитель воды может быть выполнен в виде сменного одноразового генератора водорода, содержащего баллон с муфтой подключения водородной горелки 6. Внутри баллона установлена капсула с активным к воде веществом, соединенная через электромагнитный клапан и дозатор с полостью баллона, заполненного водой. В качестве активного к воде вещества использована смесь алюминиевого порошка 95% и галлия 5%. Вместо галлия, снимающего окисную пленку с алюминия и инициирующего при нормальной начальной температуре экзотермическую химическую реакцию алюминия с водой и выделение водорода, может быть использована, широко распространенная в быту, каустическая сода с увеличенным, относительно галлия, процентным содержанием в смеси с алюминием.A chemical water splitter can be made in the form of a replaceable disposable hydrogen generator containing a cylinder with a coupling for connecting a
Твердотельный расщепитель воды может быть выполнен в виде твердотельного фильтра с микроканалами из материалов, связывающих кислород воды и пропускающих водород, причем в качестве связывающих материалов использованы редкоземельные материалы, типа губчатый неодим, или углеродные материалы с замещениями в их «нанотрубках» атомов углерода на атомы азота.A solid-state water splitter can be made in the form of a solid-state filter with microchannels made of materials that bind the oxygen of water and transmit hydrogen, and rare earth materials, such as spongy neodymium, or carbon materials with substitutions in their "nanotubes" of carbon atoms for nitrogen atoms are used as bonding materials ...
Электромагнитный расщепитель воды может быть выполнен в виде проточного для воды электромагнитного резонатора, с размерами кратными длине волны резонансного поглощения водой электромагнитных волн и нагруженного на магнетрон соответствующей частоты, например, с длинной волны (0,1-0.5 мм) усиленного поглощения водой радиоволн или с длинной волны бытовой СВЧ-печи.An electromagnetic water splitter can be made in the form of a flowing electromagnetic resonator for water, with dimensions that are multiples of the wavelength of resonant absorption of electromagnetic waves by water and loaded on a magnetron of the corresponding frequency, for example, with a wavelength (0.1-0.5 mm) enhanced absorption of radio waves by water or with long wave household microwave oven.
Электродуговой расщепитель воды для предлагаемого утилизатора может содержать испаритель воды, установленный в корпусе электродугового нагревателя и соединенный по входу с источником воды, а по выходу – с муфтой подключения водородной горелки 6.The electric arc water splitter for the proposed heat exchanger may contain a water evaporator installed in the body of the electric arc heater and connected at the inlet with a water source, and at the outlet with a hydrogen
Конкретный вид генератора 8 водорода, используемого в заявленном утилизаторе, зависит от требуемой производительности утилизатора, и соответственно, требуемого объема потребления водорода горелками 6 пиролизной камеры (ПК) 2.The specific type of
Кроме того, в целях экономии рабочего вещества и повышения взрывобезопасности утилизатора целесообразно обеспечить возможность оперативного управления объемом генерируемого водорода без предварительного его накопления во взрывоопасных объемах. Такая возможность появляется при использовании генератора водорода 8 комбинированного типа (фиг. 2) на основе резонансно-электролитического разложения воды и электрического разделения газа Брауна на водород и кислород.In addition, in order to save the working substance and increase the explosion safety of the utilizer, it is advisable to provide the possibility of operational control of the volume of generated hydrogen without its preliminary accumulation in explosive volumes. This possibility appears when using a
Согласно фиг. 2 комбинированный генератор 8 водорода содержит герметичный корпус 8.1-генератора. В верхней части корпусе 8.1 установлен патрубок 8.3 для вывода кислорода и патрубок с быстросъемной муфтой 8.2 раздельного вывода водорода. С одной из боковых сторон нижней части корпуса 8.1 установлен патрубок 8.4 для подвода расходной воды в полость корпуса 8.1, а с другой – волновод 8.5 подачи электромагнитных импульсов (ЭМИ) от сверхвысокочастотного (СВЧ) генератора 8.15 коротких ЭМИ с указанной выше резонансной длинной волны. Для управления объемом (л\мин) выработки водорода на выходной муфте 8.2 генератор 8.15 ЭМИ выполнен в виде магнетрона с указанной выше резонансной частотой разложения молекул воды на составляющие водород и кислород и соединенного через импульсный модулятор (на фигурах не показано) с управляющим выходом блока 13 управления по частоте следования модулирующих импульсов. Для исключения доступа воды в СВЧ –волновод 8.5, на выходном его конце установлена линза 8.6, фокусирующая электромагнитное излучение (ЭМИ) в водной среде, нижней части полости корпуса 8.1 генератора 8. В верхней части корпуса 81 его полость разделена перегородкой 8.13 на две зоны 8.11, 8.12 для накопления водорода и кислорода соответственно. В зонах 8.11 и 8.12 установлены первая 8.9 и вторая 8.10 токопроводящие сетки. Сетки 8.9 и 8.10 соединены с соответствующими разнополярными электродами 8.7, 8.8 внешнего источника напряжения для разделения, образованного ЭМИ в воде газа Брауна на водород и кислород. Водородный выход генератора 8 соединен через муфту 8.2 и дозатор 7 водорода соединен с входами горелок 2 пиролизной камеры (ПК) 2, а кислородный выход - через патрубок 8.3 и дозатор 3 окислителя с полостью ПК 2 для окисления водородного горючего.As shown in FIG. 2 combined
Открытый конец ПК 2 соединен с системой 4 переработки продуктов пиролиза. Система 4 переработки продуктов пиролиза содержит последовательно соединенные преобразователь 9 кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию, разделитель 10 продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы и преобразователь 11 разделенных газов (ПРГ) в полезные продукты. The open end of
Преобразователь 9 (фиг. 1) кинетической энергии (ПКЭ) пиролизной плазмы в электрическую энергию выполнен в виде кондукционного 9.1 (фиг. 3 - фиг. 4) или индукционного 9.2 (фиг. 5) магнитного гидродинамического (МГД) генератора. Converter 9 (Fig. 1) kinetic energy (PKE) of pyrolysis plasma into electrical energy is made in the form of conduction 9.1 (Fig. 3 - Fig. 4) or induction 9.2 (Fig. 5) magnetic hydrodynamic (MHD) generator.
Кондукционный МГД – генератор 9.1 ПКЭ 9 содержит сопло 9.1.1 Ловаля кондукционного генератора 9.1. С внутренней стороны сопла 9.1.1 с двух противоположных сторон (верхней и нижней) установлены соответственно токосъемные плоские электроды 9.1.2 и 9.1.3, соединенные между собой через цепь 9.16 с полезной нагрузкой Rн утилизатора. На боковых сторонах сопла 9.1.1 (фиг. 4) установлены первый 9.1.4 и второй 9.1.5 магниты, образующие в полости сопла 9.1.1 магнитное поле, ориентированное перпендикулярно электрическому полю, находящемуся между электродами 9.1.2 и 9.1.3. Индукционный МГД – генератор 9.2 ПКЭ 9 содержит сопло 9.2.1 и токосъемную обмотку 9.2.2. Conduction MHD - generator 9.1
Преимуществом индукционного 9.2 МГД – генератора ПКЭ 9 перед кондукционным 9.1 является повышенная долговечность за счет отсутствия электрокоррозирующих токосъемных электродов, а недостатком пониженный КПД прямого преобразования энергии движущейся плазмы в электрическую энергию.The advantage of the induction 9.2 MHD -
Для исключения перегрева утилизатора высокотемпературной пиролизной плазмой, а также для полезной утилизации их тепла пиролизная камера (ПК) 2 и преобразователь ПКЭ 9 установлены в герметичном кожухе, заполненном высокотемпературной охлаждающей жидкостью, например, литием, и снабженном патрубками для соединения с внешним теплообменником. Образованный, таким образом, высокотемпературный охладитель 12 позволяет с одной стороны утилизировать теряемое ранее тепло водородных горелок 6 для внешней системы теплоснабжения и горячего водоснабжения и, с другой стороны увеличивает время работы водородных горелок 6 исключая их перегрев и оплавление. Согласно фиг. 11 охладитель 12 содержит герметичный корпус, охватывающий ПК 2 и ПКЭ 9 и заполненный высокотемпературным литием 12.1, находящимся в жидком состоянии при горящих горелках 6. Внутри охладителя 12 установлен змеевик 12.2 для охлаждения жидкого лития. Концы змеевика 12.2 снабжены муфтами 12.3, 12.4 для подключения теплообменника системы отопления и горячего водоснабжения (на фигурах не показано). Для увеличения скорости отвода тепла и его утилизации охладитель 12 может быть снабжен дополнительными патрубками для принудительной циркуляции жидкого лития 12.1 через дополнительный теплообменник.To exclude overheating of the heat exchanger by high-temperature pyrolysis plasma, as well as for the useful utilization of their heat, the pyrolysis chamber (PC) 2 and the
Выход ПКЭ 9 по отвердевшим составляющим пиролизной плазмы, в результате отбора электрической энергии, через центробежный сепаратор (на фигурах не показано) и клапан 14 вывода отвердевшего шлама соединен с накопителем строительных материалов, а по охлажденным газообразным составляющим через центробежный сепаратор - с газовым входом разделителя 10 продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы. The output of the
РПП 10 утилизатора БО может быть выполнен в виде мембранного 10.1 (фиг. 7) или криогенного 10.2 (фиг. 9) разделителя пиролизных газов. Для отделения от газов пиролизных частиц БО (кремний, углерод, металл), твердеющих на выходе ПКЭ 9 при охлаждении плазмы, на входе разделителей 10.1 и 10.2 установлены центробежные сепараторы (на фигурах не показано). Указанные сепараторы соединены по твердым продуктам сепарации через клапан 4 вывода (фиг. 1) шлама в накопитель для твердых строительных отходов, а по газообразным продуктам сепарации – с входами указанных разделителей 10.1 и 10.2
Мембранный разделитель 10.1 (фиг. 7) пиролизных газов РПП 10 основан на использовании различий в молекулярных размерах, составляющих пиролизных газов (фиг. 6) и содержит последовательно соединенные блок компрессоров 10.1.1 входных газов и блок мембранных фильтров (МБ) 10.1.2.The membrane separator 10.1 (Fig. 7) of
Криогенный разделитель 10.2 (фиг. 9) пиролизных газов РПП 10 основан на использовании различий в температуре сжижения составляющих пиролизных газов (фиг. 8) и содержит последовательно соединенные компрессор 10.2.1 входных газов и криогенную установку 10.2.2, включающую блок последовательно установленных вдоль линии охлаждения адиабатических охладителей 10.2.2.1 пиролизных газов. Жидкостные выходы охладителей 10.2.2.1 соединены с соответствующими трубными выходами РПП 10 (на фигурах не показано).Cryogenic separator 10.2 (Fig. 9) of
Выходы РПП 10 по разделенным составляющим пиролизного газа соединены с соответствующими трубными входами преобразователя разделенных газов (ПРГ) 11 в полезные продукты. Преобразователь ПРГ 11 основан на использовании эффекта взаимной диффузии молекул простых газов и образовании (синтезе) сложных молекулярных образований при определенных процентных соотношениях между составляющими газов и в простейшем случае содержит блок синтезаторов полезной продукции. Каждый синтезатор содержит многовходовой смеситель 11.3, соединенный по входу через управляемые дозаторы 11.2 газов со входными трубопроводами ПРГ 11, а по выходу синтез газа – с выходными трубопроводами РПП 11. Количество входов смесителя 11.3 определяется количеством компонентов, входящих в синтезируемый полезный продукт. Управляющие входы дозаторов 11.2, установленных на входах смесителя 11.3, соединены с соответствующими выходами блока 11.1 управления синтезом пиролизной продукции.The outputs of the
Управляющие входы блока 11.1 РПП 11, генератора 8 водорода, а также других исполнительных механизмов и дозаторов систем загрузки, пиролиза и переработки пиролизных газов соединены с управляющими выходами блока 13 управления утилизатором. Блок 13 управления утилизатором выполнен в виде промышленной электронно-вычислительной машины, снабженной аналого-цифровыми и цифроаналоговыми преобразователями и встроенным аппаратно-программным обеспечением для управления утилизацией бытовых отходов (на фигурах не показано).The control inputs of the 11.1
Выход системы 4 переработки продуктов пиролиза по полезным синтезированным продуктам соединен с соответствующими накопителями товарной продукции, по твердому шламу – через выводной клапан 14 с системой переработки шлама в строительные материалы, а по неутилизированным газовым отходам через дымосос 15 – с дымовой трубой 16.The output of the
Работа утилизатора.Recyclers work.
Утилизатор бытовых отходов работает следующим образом. Перед запуском утилизатора бункер 1 загружают бытовыми отходами. Далее на блоке 13 управления нажимают кнопку «Пуск» и блок 13 по заданной программе, заложенной в его память, выдает команды управления и через соответствующие сигнальные датчики (на фигурах не показано) контролирует их исполнение.The utilizer of household waste works as follows. Before starting the utilizer, the
При этом включается генератор водорода 8. После выхода генератора 8 водорода в рабочий режим блок 13 открывает дозаторы 3 и 7 горючего (водорода) и окислителя (атмосферного воздуха или кислорода), в требуемой пропорции для розжига горелок 6 в пиролизной камере (ПК) 2. При достижении температуры в центре ПК 2 порядка 6000 °С открывается входная заслонка ПК 2 (на фигурах не показано) и включается привод 5.1 шнекового механизма 5 подачи и мельчения БО. Вращение шнекового механизма 5 приводит к захвату БО из бункера 1, его мельчению и вдавливанию измельченного БО в высокотемпературную зону ПК 2. Под действием температуры 6000 °С происходит сублимация твердых БО (бумага, пластмасса, туалетные, органические и медицинские отходы, примеси кремния, углерода и металлов) минуя жидкую и газообразную фазу и образование плазмы повышенного давления, содержащей смесь электронов и ионов (фиг.3). Образованная высокоскоростная пиролизная плазма через открытый конец ПК 2 выбрасывается в виде струи в полость преобразователя 9 кинетической энергии (ПКЭ) плазмы для выработки электрической энергии. Метод отбора электрической энергии от пиролизной плазмы зависит от конструктивного вида ПКЭ 9.This turns on the
При выполнении ПКЭ 9 в виде кондукционного МГД-генератора 9.1 (фиг. 3) под действием магнитного поля между магнитами 9.1.4 и 9.1.5 отрицательно заряженные частицы плазмы за счет эффекта Лоренца оседают на пластинчатом электроде 9.1.1, а положительные – на электроде 9.1.2. В результате между электродами 9.1.1 и 9.1.2 образуется электрическая разность потенциалов, которая аккумулируется в соответствующем накопителе электрической энергии утилизатора (на фигурах не показано) и используется через цепь 9.1.6 для дополнительного электропитания внутреннего и/или внешнего электрооборудования утилизатора.When performing
При выполнении ПКЭ 9 в виде индукционного МГД-генератора 9.1 протекающий через сопло 9.2.1 поток электрических зарядов за счет эффекта взаимоиндукции наводит в обмотке 9.2.2 электрическое напряжение, которое снимается с соответствующих выводов указанной обмотки и передается на указанный выше накопитель электричества. When the
При прохождении плазмы через указанные МГД – генераторы ПКЭ 9 производится отбор части кинетической энергии пиролизной плазмы и, как следствие, её охлаждение. Охлаждение приводит к снижению температуры плазмы и переход её в газообразное состояние с порошкообразными примесями кремния, углерода и металлов. When the plasma passes through the indicated
Поток газов с выхода ПКЭ 9 сепарируется центробежным сепаратором. При этом твердые продукты сепарации через клапан 4 (фиг. 1) поступают в накопитель строительных материалов, а газообразные – для дальнейшей переработки - на газовый вход разделителя 10 продуктов пиролиза (РПП) на составляющие газы. При выполнении РПП 10 на основе мембранного разделения пиролизных газов (фиг. 7) поступивший поток смеси пиролизных газов проходит блок 10.1.1 компрессоров и подается под соответствующим давлением на параллельно расположенные мембранные (МБ) фильтры блока 10.1.2 с различным проходным сечением их нанотрубок. При этом за счет разности молекулярных размеров (фиг. 6) составляющих пиролизных газов происходит их разделение и вывод в соответствующие выходные трубопроводы РПП 10.The gas flow from the outlet of the
При выполнении РПП 10 на основе криогенного разделения пиролизных газов (фиг. 9) поток смеси пиролизных газов с ПКЭ 9 проходит компрессор 10.2.1 и под давлением подается на последовательно установленные адиабатические 10.2.3 охладители криогенной установки 10.2.2. Под действием последовательного охлаждения производится разделение сжиженных газов за счет разности их температур кипения (фиг. 8) и вывод сжиженных газов в соответствующие выходные трубопроводы РПП 10.When performing
Далее разделенные в РПП 10 газы подаются на преобразователь разделенных газов (ПРГ) 11 в полезные продукты. Составные газы через раздельные трубопроводы с соответствующими дозаторами 11.2 подаются на многоходовые смесители 11.3. В смесителе 11.3 составляющие газы смешиваются в соответствующей для синтеза сложного молекулярного продукта и выводятся через выходной патрубок смесителя 11.3 в соответствующие выходные трубопроводы ПРГ 11. Так при смешивании в двух ходовом смесителе 11.3 водорода и кислорода в соотношении 75% и 25% происходит образование полезного продукта –дистиллированной воды 100 %. Аналогичным образом осуществляется синтез и других полезных продуктов из утилизируемых бытовых отходов.Further, the gases separated in
Промышленная применимость.Industrial applicability.
Изобретение разработано на уровне технического проекта и математического моделирования процесса утилизации бытовых отходов. Использование предложенного утилизатора позволяет сократить время утилизации БО с одновременным повышением качества переработки БО в полезные продукты, тепловую и электрическую энергию. Одновременно повышается экологичность процесса утилизации бытовых отходов за счет высокотемпературного сжигания и глубокой их переработки, приводящих к снижению токсичности и количества дымовых газов, выбрасываемых в окружающую среды. Ввиду повышенной экологичности применения изобретение можно использовать для решения проблем вывоза и складирования мусора путем размещения утилизаторов в непосредственной близости от городских источников бытовых отходов и мусорных полигонов. The invention was developed at the level of technical design and mathematical modeling of the process of utilization of household waste. The use of the proposed utilizer makes it possible to reduce the time of BW utilization with a simultaneous increase in the quality of BW processing into useful products, heat and electrical energy. At the same time, the environmental friendliness of the process of utilizing household waste is increased due to high-temperature incineration and deep processing, leading to a decrease in toxicity and the amount of flue gases emitted into the environment. Due to the increased environmental friendliness of the application, the invention can be used to solve the problems of removal and storage of waste by placing utilizers in the immediate vicinity of municipal sources of household waste and landfills.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020110055A RU2729301C1 (en) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Domestic waste recycler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020110055A RU2729301C1 (en) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Domestic waste recycler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2729301C1 true RU2729301C1 (en) | 2020-08-05 |
Family
ID=72085972
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020110055A RU2729301C1 (en) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Domestic waste recycler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2729301C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU204070U1 (en) * | 2021-02-08 | 2021-05-05 | Святослав Олегович Лавриненко | WASTE RECOVERY DEVICE |
RU2767786C1 (en) * | 2020-04-30 | 2022-03-21 | Канонир Евгений | Method and device for pyrolysis of municipal and other waste |
RU2804078C1 (en) * | 2022-11-09 | 2023-09-27 | Юрий Иванович Новиков | Unit for processing municipal solid waste |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0757972A2 (en) * | 1993-03-08 | 1997-02-12 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Plasma furnace |
US7644668B2 (en) * | 2005-10-28 | 2010-01-12 | Atomic Energy Council | Feeding system for plasma melting-furnace |
RU2596605C2 (en) * | 2014-12-30 | 2016-09-10 | Буравков Алексей Вячеславович | Hydrogen generator of electric energy |
RU2684878C1 (en) * | 2018-04-28 | 2019-04-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук | Device for disposal of municipal solid waste |
-
2020
- 2020-03-10 RU RU2020110055A patent/RU2729301C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0757972A2 (en) * | 1993-03-08 | 1997-02-12 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Plasma furnace |
US7644668B2 (en) * | 2005-10-28 | 2010-01-12 | Atomic Energy Council | Feeding system for plasma melting-furnace |
RU2596605C2 (en) * | 2014-12-30 | 2016-09-10 | Буравков Алексей Вячеславович | Hydrogen generator of electric energy |
RU2684878C1 (en) * | 2018-04-28 | 2019-04-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук | Device for disposal of municipal solid waste |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767786C1 (en) * | 2020-04-30 | 2022-03-21 | Канонир Евгений | Method and device for pyrolysis of municipal and other waste |
RU204070U1 (en) * | 2021-02-08 | 2021-05-05 | Святослав Олегович Лавриненко | WASTE RECOVERY DEVICE |
RU2804078C1 (en) * | 2022-11-09 | 2023-09-27 | Юрий Иванович Новиков | Unit for processing municipal solid waste |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sikarwar et al. | Progress in waste utilization via thermal plasma | |
RU2729301C1 (en) | Domestic waste recycler | |
EP2931849B1 (en) | High temperature countercurrent vortex reactor system, method and apparatus | |
US10117318B2 (en) | High temperature electrolysis glow discharge device | |
JP2019089065A (en) | Processing system and processing device | |
WO2008122849A2 (en) | Powerplant and method using a triple helical vortex reactor | |
AU2005237099B2 (en) | Method for thermal recycling household wastes and a device for its realization | |
US4599953A (en) | Garbage to hydrocarbon fuel conversion system | |
WO2020192221A1 (en) | Supercritical gasification device and method | |
WO2010128877A1 (en) | Device for recovering energy from flue gases | |
CN101357750A (en) | Method and device of microwave excitation molten salt catalytic reforming gasification carbon group compound | |
CN210001829U (en) | supercritical gasification device | |
US9499452B2 (en) | Water electrolysis gases used as primary fuel to combust materials as secondary fuels | |
CA3127705C (en) | Gasification device and plasma shutter with a microwave plazma slowing system of the gasification device | |
Kong | Atmospheric pressure plasma process and applications | |
JP2010025117A (en) | Power generating system | |
CN216491171U (en) | Magnetic enhanced microwave plasma assisted chemical reaction system of coupled high-frequency igniter | |
JP4372987B2 (en) | Supercritical water generator | |
WO2010123391A1 (en) | An apparatus for utilizing flue gases | |
RU2788267C1 (en) | Method for obtaining thermal energy, extracting hydrogen and a device for its implementation. | |
JP2007163022A (en) | Combustion method and apparatus therefor | |
WO2023037094A1 (en) | Hydrogen production in built environment | |
RU2588220C1 (en) | Method for combustion of low-calorie fuel | |
WO1993015359A1 (en) | Tri-generation garbage incinerator | |
BG4284U1 (en) | Flue gas purification and electricity generation installation, comprising a quantum incinerator |