RU2731729C1 - Processing complex of solid municipal wastes with automated sorting of inorganic part and plasma gasification of organic residue - Google Patents
Processing complex of solid municipal wastes with automated sorting of inorganic part and plasma gasification of organic residue Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731729C1 RU2731729C1 RU2019120572A RU2019120572A RU2731729C1 RU 2731729 C1 RU2731729 C1 RU 2731729C1 RU 2019120572 A RU2019120572 A RU 2019120572A RU 2019120572 A RU2019120572 A RU 2019120572A RU 2731729 C1 RU2731729 C1 RU 2731729C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorting
- module
- smw
- msw
- synthesis gas
- Prior art date
Links
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000009272 plasma gasification Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 33
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002536 laser-induced breakdown spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 9
- 238000004886 process control Methods 0.000 claims description 4
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000002309 gasification Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 54
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 8
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- -1 diesel and naphtha Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101001092910 Homo sapiens Serum amyloid P-component Proteins 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102100036202 Serum amyloid P-component Human genes 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013527 convolutional neural network Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 2
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 2
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 239000010796 biological waste Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000010812 mixed waste Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000010845 search algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
- B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
- B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
- B07C5/34—Sorting according to other particular properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/82—Recycling of waste of electrical or electronic equipment [WEEE]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области переработки твердых коммунальных отходов IV - V класса опасности, включающей предварительную автоматизированную сортировку отходов с получением вторичного сырья (пластика, металла, стекла) и плазменную газификацию органической части с получением синтез-газа, пригодного для производства тепловой и электрической энергии, и строительных материалов. Изобретение может быть использовано в энергетике, химической промышленности, металлургии, коммунальном хозяйстве, экологии.The invention relates to the field of processing solid municipal waste of IV-V hazard class, including preliminary automated sorting of waste to obtain secondary raw materials (plastic, metal, glass) and plasma gasification of the organic part to obtain synthesis gas suitable for the production of thermal and electrical energy, and building materials. The invention can be used in energy, chemical industry, metallurgy, utilities, ecology.
Известны плазменная система и способ переработки отхода с получением вторичных продуктов, включая электроэнергию и тепло, [US 2011067376, 2011-03-24, F02C3/28]. Согласно указанному изобретению плазменная система включает:A plasma system and a method for processing waste to obtain secondary products, including electricity and heat, are known [US 2011067376, 2011-03-24, F02C3 / 28]. According to the specified invention, the plasma system includes:
1. систему измельчения и подачи отходов;1. system of grinding and feeding waste;
2. плазменный реактор, сконфигурированный для приема измельченных отходов и сжигания отходов с получением синтез-газа;2. a plasma reactor configured to receive crushed waste and incinerate waste to produce synthesis gas;
3. теплообменник для приема тепла из реактора и передачи тепла в жидкостный контур для теплообмена;3. heat exchanger for receiving heat from the reactor and transferring heat to the liquid circuit for heat exchange;
4. газовую турбина для производства электроэнергии из синтез-газа;4. a gas turbine for generating electricity from synthesis gas;
5. скруббер для очистки газов;5. scrubber for cleaning gases;
6. системный контроллер для управления реактором.6. system controller for controlling the reactor.
Согласно указанному изобретению способ извлечения энергии из отходов, включает:According to said invention, a method for extracting energy from waste includes:
1. введение отходов в плазменный реактор;1. the introduction of waste into the plasma reactor;
2. газификацию отходов в паровой плазме при температуре от 8000 до 15000°С;2. gasification of waste in steam plasma at temperatures from 8000 to 15000 ° C;
3. использование энергии плазменного процесса;3. use of the energy of the plasma process;
4. генерирование тепла;4. heat generation;
5. генерирование электроэнергии;5. power generation;
6. распределение электроэнергии на локальную электрическую сеть;6. distribution of electricity to the local power grid;
7. распределение электроэнергии в центр обработки данных;7. power distribution to the data center;
8. генерирование синтез-газа;8. Generation of synthesis gas;
9. подачу синтез-газа в один или несколько биореакторов, где синтез-газ превращается в этанол или уксусную кислоту;9. the supply of synthesis gas to one or more bioreactors, where the synthesis gas is converted into ethanol or acetic acid;
10. использование синтез-газа как топлива турбины, которая имеет встроенный генератор;10. use of synthesis gas as a fuel for a turbine that has a built-in generator;
11. использование синтез-газа для питания возвратно-поступательного дизельного или газового двигателя, который приводит в действие генератор;11.Using synthesis gas to power a reciprocating diesel or gas engine that drives a generator;
12. использование горячей воды и/или пара, образующегося в реакторе во время процесса охлаждения, для питания турбины, которая сконфигурирована для привода генератора;12. using hot water and / or steam generated in the reactor during the cooling process to power a turbine that is configured to drive a generator;
13. использование горячей воды и/или пара, образующегося при охлаждении неорганического шлака, когда шлак выводится из шлаковой ванны реактора.13. the use of hot water and / or steam generated by cooling the inorganic slag when the slag is removed from the slag bath of the reactor.
В указанном изобретении не предусмотрена сортировка отходов.This invention does not provide for waste sorting.
Наиболее близкими по совокупности признаков и получаемому результату являются технология плазменной переработки промышленных и бытовых отходов, в том числе опасных медико-биологических, с получением синтез-газа и инертного шлака корпорации Westinghouse Plasma Corp. и завод для ее реализации [Обзор квалификационных требований, 2014]. Технология включает подготовку (измельчение) и подачу отходов в плазменный реактор, газификацию, очистку синтез-газа, плавление золы, преобразование полученного синтез-газа в разнообразные продукты, в том числе:The technology of plasma processing of industrial and household waste, including hazardous medico-biological waste, with the production of synthesis gas and inert slag from Westinghouse Plasma Corp. is the closest in terms of the set of features and the result obtained. and the plant for its implementation [Review of qualification requirements, 2014]. The technology includes preparation (grinding) and supply of waste to a plasma reactor, gasification, synthesis gas purification, ash melting, conversion of the resulting synthesis gas into various products, including:
1. электричество (через газовые турбины и поршневые двигатели, а в будущем - топливные элементы);1.electricity (via gas turbines and reciprocating engines, and in the future, fuel cells);
2. тепловую энергию и пар;2. thermal energy and steam;
3. жидкие топлива, включая этанол, реактивное топливо, дизельное топливо и нафту, метанол, пропанол.3. liquid fuels including ethanol, jet fuel, diesel and naphtha, methanol, propanol.
Завод включает систему хранения, измельчения и подачи отходов, плазменный реактор (газификатор), систему очистки синтез-газа, систему преобразования полученного синтез-газа в конечные продукты. ТКО, сыпучие отходы и коксовый шлак доставляют на приемный пункт завода. Исходный материал в заданных объемах выгружают на конвейер общей подачи, который осуществляет транспортировку исходного материала к газификатору. Внутри газификатора загружаемый материал преобразуется в синтез-газ. Синтез-газ частично охлаждают распыленной водой в верхней части газификатора, прежде чем он выйдет из газификатора через два патрубка. Охлажденный синтез- газ проходит ряд процессов очистки с целью удаления твердых частиц, хлора, серы и ртути. Промежуточные фазы сжатия и охлаждения позволяют удалить из газа влагу. Затем очищенный синтез- газ сжимается в многофазном компрессоре и подается в газовую турбину для производства электроэнергии. Тепловой поток от отработанного газа из турбины восстанавливается теплоутилизационным парогенератором (HRSG). Пар из HRSG накапливается и подается в многофазную паровую турбину для выработки электроэнергии. Металлические и зольные компоненты исходного материала образуют расплавленный шлак, который вытекает через выпускные отверстия в нижней части газификатора. На выходе из газификатора шлак закаливается и гранулируется. Полученные остеклованные гранулы переправляются и погружаются на транспорт для вывоза и доставки клиентам.The plant includes a waste storage, grinding and supply system, a plasma reactor (gasifier), a synthesis gas purification system, and a system for converting the resulting synthesis gas into final products. MSW, bulk waste and coke slag are delivered to the receiving point of the plant. The initial material in predetermined volumes is discharged onto a general feed conveyor, which transports the initial material to the gasifier. Inside the gasifier, the feed material is converted into synthesis gas. The syngas is partially cooled with sprayed water at the top of the gasifier before it exits the gasifier through the two nozzles. The cooled synthesis gas goes through a series of purification processes to remove particulate matter, chlorine, sulfur and mercury. The intermediate phases of compression and cooling allow moisture to be removed from the gas. The purified synthesis gas is then compressed in a multiphase compressor and fed to a gas turbine to generate electricity. The heat flow from the exhaust gas from the turbine is recovered by a heat recovery steam generator (HRSG). Steam from the HRSG is collected and fed to a multiphase steam turbine for power generation. The metal and ash components of the feed form molten slag, which flows out through the outlets at the bottom of the gasifier. At the outlet of the gasifier, the slag is quenched and granulated. The obtained vitrified granules are transported and loaded onto transport for export and delivery to customers.
Ни на одном из реализованных корпорацией Westinghouse Plasma Corp. проектах не предусмотрена роботизированная сортировка отходов.None of the Westinghouse Plasma Corp. projects do not provide for robotic sorting of waste.
Из уровня техники известны системы сортировки отходов, в которых используют роботов-манипуляторов различных типов, например, роботов шарнирной конструкции, SCARA- роботов, козловых или других.From the prior art, waste sorting systems are known that use various types of robotic manipulators, for example, articulated robots, SCARA robots, gantry robots or others.
Известны заводы, в Финляндии и в Голландии, по сортировке отходов, использующие самообучающуюся роботизированную систему сортировки ZenRobotics.There are known factories, in Finland and in the Netherlands, for sorting waste using the ZenRobotics self-learning robotic sorting system.
Например, система и способ сортировки отходов на основе роботизированного манипулятора для выбора и перемещения отобранной из исходного материала фракции компании ZenRobotics описаны в патенте [WO 2015158962, 2015.10.22, В07С 5/02]. Система сортировки материала содержит:For example, a system and method for sorting waste based on a robotic arm for selecting and transferring a fraction taken from the starting material from ZenRobotics is described in patent [WO 2015158962, 2015.10.22, B07C 5/02]. The material sorting system contains:
1. один или несколько конвейеров, на которые подают сортируемый материал таким образом, чтобы он равномерно распределялся;1. one or more conveyors to which the sorted material is fed in such a way that it is evenly distributed;
2. датчики;2. sensors;
3. вычислительный блок для анализа полученной информации и формирования управляющего сигнала;3. computing unit for analyzing the received information and generating a control signal;
4. манипуляторы, настроенные так, чтобы в ответ на сигналы управления из вычислительного блока манипулировать одним или несколькими типами материалов, перемещающихся на конвейерной ленте.4. manipulators configured to manipulate one or more types of materials moving on the conveyor belt in response to control signals from the computing unit.
Манипуляторы могут быть одного или разных типов. Например, манипулятор может быть роботом, таким как робот шарнирной конструкции, козловой робот, SCARA- робот или другой известный тип робота, сконфигурированный для сбора предварительно определенных объектов из исходного материала и перемещения их. Кроме того, в качестве дополнительных манипуляторов может использоваться, например, вибрационный стол. Анализ сигналов от одного или более датчиков и передача управляющих сигналов разным манипуляторам могут быть организованы одним или несколькими вычислительными модулями, соединенными вместе.Manipulators can be of the same or different types. For example, the manipulator can be a robot, such as an articulated robot, gantry robot, SCARA robot, or other known type of robot configured to collect predefined objects from a source material and move them. In addition, a vibrating table, for example, can be used as additional manipulators. Analysis of signals from one or more sensors and transmission of control signals to different manipulators can be organized by one or more computing modules connected together.
Способ базируется на адаптивном алгоритме поиска и наборе всевозможных датчиков и дает возможность роботу определять кроме размеров еще и материалы, из которых состоит предмет, и быстро и аккуратно направлять его в нужный складской контейнер или на нужную ленту конвейера для переработки. Способ включает в себя подачу исходного материала, передачу датчиками сигналов в вычислительный блок, формирование управляющего сигнала вычислительным блоком, передачу этого сигнала манипулятору, который осуществляет захват и перенос отбираемого объекта в соответствующую емкость.The method is based on an adaptive search algorithm and a set of various sensors and enables the robot to determine, in addition to dimensions, the materials that make up the object, and quickly and accurately direct it to the desired storage container or to the desired conveyor belt for processing. The method includes feeding the source material, transmitting signals by sensors to the computing unit, generating a control signal by the computing unit, transmitting this signal to the manipulator, which captures and transfers the selected object to the appropriate container.
Различные датчики непрерывно контролируют поток отходов. Самообучаемое программное обеспечение анализирует данные датчиков в режиме реального времени.Various sensors continuously monitor the waste stream. Self-learning software analyzes sensor data in real time.
Распознавание идет в две стадии. Сначала - баллистический экран, где мусор проходит через зону сильной вибрации и, в зависимости от того, как подскакивает или крутится тот или иной субъект, система определяет материал. Далее на конвейере - лазерная система распознавания. На этой стадии манипулятору отдается команда.Recognition takes place in two stages. First, a ballistic screen, where debris passes through a zone of strong vibration and, depending on how a particular subject jumps or spins, the system determines the material. Further on the conveyor is a laser recognition system. At this stage, a command is given to the manipulator.
Известные комплексы по сортировке мусора рассчитаны на работу с сырьем, имеющим определенный морфологический состав, ранее отсортированным, по примеру стран, где уже десятилетиями налажена система раздельного сбора и транспортировки мусора. В России и на всем постсоветском пространстве эта система работать не сможет, т.к. морфологический состав сырья существенно отличается.The well-known waste sorting complexes are designed to work with raw materials that have a certain morphological composition, previously sorted, following the example of countries where a system of separate waste collection and transportation has been established for decades. In Russia and throughout the post-Soviet space, this system will not work, because the morphological composition of raw materials is significantly different.
Известны устройство и способ идентификации изображений отходов с использованием сверточной нейронной сети [KR 101942219, 2019.01.24, G06K 9/32; G06K 9/46; G06K9/62]. Устройство включает в себя компьютер, связанный посредством локальной линии связи с видеокамерой и монитором. На компьютере установлено программное обеспечение (ПО), с помощью которого осуществляют прием изображений отходов от видеокамеры, их обработку, идентификацию и классификацию по заданным признакам на основе нейросетевого алгоритма (сверточной нейронной сети). Получаемый технический результат - быстрота и точность идентификации изображений отходов.Known device and method for identifying images of waste using a convolutional neural network [KR 101942219, 2019.01.24, G06K 9/32; G06K 9/46; G06K9 / 62]. The device includes a computer connected via a local communication line with a video camera and a monitor. The computer is equipped with software, which is used to receive images of waste from a video camera, process them, identify and classify them according to specified criteria based on a neural network algorithm (convolutional neural network). The technical result obtained is the speed and accuracy of identification of waste images.
Компьютер здесь используется только для обработки и анализа изображений отходов и не имеет управляющей функции, т.е. сигналов для управления манипуляторами не генерируется, т.к. для управления манипуляторами нужно специальное ПО и манипуляторы.The computer is used here only for processing and analyzing waste images and does not have a control function, i.e. no signals for manipulator control are generated, because to control manipulators you need special software and manipulators.
Известна плазменно-резистивная шахтная электропечь для переработки твердых углеродсодержащих техногенных отходов [патент РФ 166293, 10.05.2016, F23G 5/027, C10J 3/00], содержащая загрузочное устройство, газовый нагреватель с пористой теплопроводной средой внутри, плазмохимический реактор с генератором дуговой плазмы, устройство закалки и очистки синтез-газа, приемник шлака. Целью изобретения является уменьшение удельных затрат электрической энергии на переработку единицы органических отходов за счет уменьшения мощности дугового разряда. Уменьшение мощности дугового разряда достигается за счет использования газового нагревателя с пористой крупнозернистой средой, которая при прохождении через нее пламени горящего газа, нагревается и передает тепло рабочей поверхности нагревателя, при этом теплоотдача к обрабатываемому материалу и КПД устройства значительно увеличиваются.Known plasma-resistive mine electric furnace for processing solid carbon-containing man-made waste [RF patent 166293, 05/10/2016, F23G 5/027, C10J 3/00], containing a charging device, a gas heater with a porous heat-conducting medium inside, a plasma-chemical reactor with an arc plasma generator , device for quenching and purification of synthesis gas, slag receiver. The aim of the invention is to reduce the specific consumption of electrical energy for processing a unit of organic waste by reducing the power of the arc discharge. Reducing the power of the arc discharge is achieved through the use of a gas heater with a porous coarse-grained medium, which, when a burning gas flame passes through it, heats up and transfers heat to the working surface of the heater, while heat transfer to the material being processed and the efficiency of the device increase significantly.
Указанная электропечь предназначена для переработки смешанных отходов, включающих как органику, так и неорганику. Для осуществления указанного изобретения требуется изготовление дополнительно газового нагревателя с пористой теплопроводной средой внутри и системы удаления жидкого металла. Указанным изобретением не достигается максимальная глубина переработки ТКО, т.к. продукты, которые могут получить вторичное использование и принести прибыль, утилизируют.The specified electric furnace is intended for processing mixed waste, including both organic and inorganic. For the implementation of this invention, an additional gas heater with a porous heat-conducting medium inside and a liquid metal removal system are required. The specified invention does not achieve the maximum MSW processing depth, because products that can be reused and profitable are disposed of.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание экологически безопасного, безотходного комплекса переработки твердых коммунальных отходов (ТКО) IV - V класса опасности, которые не подвергались ранее сортировке, позволяющего обеспечить максимальную глубину переработки ТКО.The problem to be solved by the present invention is to create an environmentally friendly, waste-free complex for processing solid municipal waste (MSW) of IV-V hazard class, which have not been previously sorted, which allows to ensure the maximum depth of MSW processing.
Поставленную задачу решают тем, что предлагаемый комплекс переработки твердых коммунальных отходов с автоматизированной сортировкой неорганической части и плазменной газификацией органического остатка, включает:The problem is solved by the fact that the proposed complex for processing solid municipal waste with automated sorting of the inorganic part and plasma gasification of the organic residue includes:
- модуль хранения, подготовки и подачи ТКО;- module for storage, preparation and supply of MSW;
- модуль автоматизированной сортировки ТКО, включающий участок магнитной сепарации и участок роботизированной сортировки с системой технического зрения, управляющим компьютером, оснащенным ПО распознавания образов на основе нейронных сетей, одним или несколькими роботами-манипуляторами;- a module for automated sorting of MSW, which includes a magnetic separation section and a robotic sorting section with a vision system, a control computer equipped with image recognition software based on neural networks, one or more robotic manipulators;
- модуль электроплазменной переработки ТКО, включающий систему загрузки отходов, плазменный реактор (газификатор), состоящий из плазменной электропечи и одного или нескольких электродуговых плазмотронов, сконфигурированных для нагрева воздуха, водяного пара и любых газовых сред до температуры 3000÷5000 К, и имеющих длительный ресурс работы электродов (500÷1000 часов и более), блок очистки и закалки синтез-газа, блок удаления и остекловывания жидкого шлака, сервисные блоки и системы обеспечения работоспособности, систему АСУ ТП.- module for electroplasma processing of MSW, including a waste loading system, a plasma reactor (gasifier) consisting of a plasma electric furnace and one or several electric arc plasma torches configured to heat air, water vapor and any gas media to a temperature of 3000 ÷ 5000 K, and having a long service life operation of electrodes (500 ÷ 1000 hours and more), unit for purification and quenching of synthesis gas, unit for removal and vitrification of liquid slag, service units and systems for ensuring operability, APCS system.
Согласно изобретению, система технического зрения участка роботизированной сортировки модуля автоматизированной сортировки ТКО в зависимости от специфики сортируемого продукта включает видеокамеру, одну и более, мультиспектральные сенсоры, сенсоры ближнего (NIR) и дальнего инфракрасного диапазона (FIR), рентгеновские (DE-XRT), рентгенофлуоресцентные (XRF), лазерно-спектроскопические (LIBS) сенсоры.According to the invention, the technical vision system of the robotic sorting section of the automated MSW sorting module, depending on the specificity of the sorted product, includes a video camera, one or more, multispectral sensors, near (NIR) and far infrared (FIR) sensors, X-ray (DE-XRT), X-ray fluorescent (XRF), laser spectroscopic (LIBS) sensors.
Согласно изобретению, плазменный реактор модуля электроплазменной переработки ТКО, сконфигурирован для газификации органической части ТКО с получением высококалорийного синтез-газа (10÷13 МДж/м3) и инертного шлака.According to the invention, the plasma reactor of the MSW electroplasma processing module is configured for gasification of the organic part of the MSW to obtain a high-calorific synthesis gas (10 ÷ 13 MJ / m 3 ) and inert slag.
Согласно изобретению, управляющий компьютер модуля автоматизированной сортировки ТКО оснащен вычислительным блоком для управления роботами-манипуляторами.According to the invention, the control computer of the automated MSW sorting module is equipped with a computing unit for controlling robotic manipulators.
Технический результат - повышение эффективности переработки ТКО, максимальное использование энергетического потенциала ТКО при обеспечении экологической чистоты.The technical result is an increase in the efficiency of MSW processing, maximum use of the energy potential of MSW while ensuring environmental cleanliness.
Максимальную глубину переработки ТКО обеспечивают за счет использования:The maximum depth of MSW processing is ensured through the use of:
- магнитной сепарации, позволяющей извлекать из ТКО металлические фракции;- magnetic separation, allowing to extract metal fractions from MSW;
- роботизированной сортировки с системой технического зрения, основанной на использовании нейронных сетей, позволяющей получать вторичное сырье (пластик, цветные металлы, стекло и др.);- robotic sorting with a technical vision system based on the use of neural networks, which allows to obtain secondary raw materials (plastic, non-ferrous metals, glass, etc.);
- плазменной газификации органической части ТКО, позволяющей получать такие вторичные продукты, как высококалорийный синтез-газ, пригодный для получения электроэнергии, тепла, биотоплива и др., и инертный шлак, пригодный для использования в строительстве.- plasma gasification of the organic part of MSW, which makes it possible to obtain by-products such as high-calorific synthesis gas, suitable for generating electricity, heat, biofuel, etc., and inert slag, suitable for use in construction.
Описание комплекса.Description of the complex.
Комплекс является модульным и включает:The complex is modular and includes:
1. модуль подготовки и подачи ТКО;1. module for preparation and submission of MSW;
2. модуль автоматизированной сортировки ТКО;2. module for automated sorting of MSW;
3. модуль электроплазменной переработки ТКО.3. module for MSW electroplasma processing.
Модуль подготовки и подачи ТКО включает бункер с системой разрыхления и конвейер.The MSW preparation and supply module includes a hopper with a loosening system and a conveyor.
Модуль автоматизированной сортировки ТКО включает:The module for automated sorting of MSW includes:
1. участок магнитной сепарации, где с использованием магнитов удаляют из потока отходов металлические фракции;1. section of magnetic separation, where metal fractions are removed from the waste stream using magnets;
2. участок роботизированной сортировки с системой технического зрения, управляющим компьютером, оснащенным ПО распознавания образов на основе нейронных сетей, одним или несколькими роботами-манипуляторами.2. a section for robotic sorting with a vision system, a control computer equipped with pattern recognition software based on neural networks, one or more robotic manipulators.
Участок роботизированной сортировки состоит из следующих основных составных частей:The robotic sorting section consists of the following main components:
1. Система технического зрения, использующая в качестве датчиков, как обычные видеокамеры, так и специализированные сенсоры, прежде всего, мультиспектральные, а также сенсоры ближнего (NIR) и дальнего инфракрасного диапазона (FIR), рентгеновские (DE-XRT), рентгенофлуоресцентные (XRF), лазерно-спектроскопические (LIBS) в зависимости от специфики сортируемого продукта и требований к его сортировке.1. A technical vision system using both conventional video cameras and specialized sensors, primarily multispectral, as well as sensors of the near (NIR) and far infrared (FIR), X-ray (DE-XRT), X-ray fluorescence (XRF ), laser-spectroscopic (LIBS) depending on the specifics of the sorted product and the requirements for its sorting.
2. Вычислительное устройство (управляющий компьютер), реализующее программным способом анализ, поступающих от системы технического зрения (датчиков и устройств регистрации изображений) сигналов, и распознавание сортируемых объектов на основе самообучающейся нейронной сети.2. Computing device (control computer), which implements the software analysis of signals coming from the vision system (sensors and image recording devices), and recognition of the objects to be sorted on the basis of a self-learning neural network.
3. Сортировочный манипулятор. В качестве сортировочного механизма может быть использован, например, стандартный быстродействующий дельта-робот, захваты которого можно менять в зависимости от сферы применения и сортируемого продукта.3. Sorting manipulator. As a sorting mechanism, for example, a standard high-speed delta robot can be used, the grippers of which can be changed depending on the application and the product being sorted.
4. АСУТП.4. Process control system.
Базовая технология автоматической сортировки и архитектура сортировочной системы и программное обеспечение (ПО) являются сенсоро- и продуктонезависимыми, т.е. при смене сортируемого продукта (например, с ТКО на строительный мусор) или требований к сортировке (не просто выделение пластика, а разделение его по типам, например, полиэтилен, полипропилен и пр.) в систему вносят незначительные изменения, например, замена сенсора, захватов робота и переобучение ПО распознавания образов. Это позволяет использовать модуль, как самостоятельное устройство, в нескольких смежных областях (продавать на нескольких смежных рынках), снижая себестоимость устройства и производства за счет унификации программного и аппаратного обеспечения.The basic technology of automatic sorting and the architecture of the sorting system and software (software) are sensor- and product-independent, i.e. when changing the sorted product (for example, from MSW to construction waste) or sorting requirements (not just separating plastic, but dividing it by type, for example, polyethylene, polypropylene, etc.), minor changes are made to the system, for example, replacing the sensor, grippers robot and retraining software for pattern recognition. This allows the module to be used as an independent device in several adjacent areas (selling in several adjacent markets), reducing the cost of the device and production by unifying the software and hardware.
В качестве сортировочного манипулятора можно использовать, например, высокопроизводительные роботы типа «дельта-робот». Робот расположен непосредственно над конвейером, что позволяет осуществлять сортировку как минимум в четырех направлениях. Для управления каждым роботом используют систему технического зрения. Основной управляющий компьютер с использованием технологии нейронных сетей позволяет быстро выявлять в общем потоке знакомые объекты, сортировать их по принадлежности и отправлять команду непосредственно роботу на перенос того или иного объекта в заданное место. Так, опознав в объекте пластиковую бутылку, будет подана команда на перенос ее в соответствующий контейнер. Фактически робот из общего потока мусора откидывает в заданных направлениях несколько основных фракций, выделение которых требует присутствия человека, данные фракции попадают в контейнеры и в дальнейшем, при необходимости, их можно досортировывать. В настоящее время «дельта-роботы» производятся большим количеством различных компаний по всему миру.For example, high-performance delta robots can be used as sorting manipulators. The robot is located directly above the conveyor, which allows sorting in at least four directions. A vision system is used to control each robot. The main control computer using neural network technology allows you to quickly identify familiar objects in the general flow, sort them by belonging and send a command directly to the robot to transfer this or that object to a given location. So, having identified a plastic bottle in the object, a command will be given to transfer it to the appropriate container. In fact, from the general flow of garbage, the robot throws several main fractions in the given directions, the separation of which requires the presence of a person, these fractions fall into containers and later, if necessary, can be sorted. Delta robots are currently manufactured by a large number of different companies around the world.
Модуль электроплазменной переработки ТКО включает:The MSW electroplasma processing module includes:
1. систему подачи отходов;1.waste supply system;
2. плазменный реактор (газификатор), состоящий из плазменной электропечи и электродугового плазмотрона (одного или нескольких) для нагрева воздуха, водяного пара и любых газовых сред;2. plasma reactor (gasifier), consisting of a plasma electric furnace and an electric arc plasmatron (one or more) for heating air, water vapor and any gaseous media;
3. блок очистки отходящих газов и закалки синтез-газа, включающий центробежно-барботажный аппарат (ЦБА) (вихревой скруббер) с водно-щелочным раствором, осушитель-теплообменник, рукавный фильтр, компрессор, газгольдер;3. unit for purification of exhaust gases and quenching of synthesis gas, including a centrifugal-bubbling apparatus (CBA) (vortex scrubber) with an aqueous-alkaline solution, a dryer-heat exchanger, a bag filter, a compressor, a gas holder;
4. блок утилизации золы (удаления и остекловывания жидкого шлака);4. ash disposal unit (removal and vitrification of liquid slag);
5. сервисные блоки и системы обеспечения работоспособности (электроснабжения; водоснабжения; газоснабжения; вентиляции; кондиционирования; безопасности и др.);5.service units and systems for ensuring operability (power supply; water supply; gas supply; ventilation; air conditioning; security, etc.);
6. систему АСУ ТП.6. APCS system.
Сервисные блоки и системы являются автономными и могут быть созданы (скомпонованы) на основе применения типового оборудования достаточной мощности по отдельным взаимосогласованным проектам.Service units and systems are autonomous and can be created (assembled) based on the use of standard equipment of sufficient capacity for separate mutually agreed projects.
Электродуговые плазмотроны могут обеспечить длительный ресурс работы электродов (500÷1000 часов и более) при нагреве практически любых газовых сред до температуры 3000÷5000 К.Electric arc plasmatrons can provide a long service life of electrodes (500 ÷ 1000 hours and more) when heating practically any gas media to a temperature of 3000 ÷ 5000 K.
За счет модульной конструкции разработанное оборудование может быть скомпоновано в широкий набор технологических линий в зависимости от условий эксплуатации и пожеланий потребителя. Описание работы комплекса.Due to the modular design, the developed equipment can be assembled into a wide range of technological lines, depending on the operating conditions and the wishes of the consumer. Description of the complex operation.
Твердые коммунальные отходы изначально поступают в модуль предварительной подготовки отходов, где происходит:Solid municipal waste initially enters the waste pretreatment module, where:
- отбор крупногабаритных объектов, например, автопокрышек, старой мебели, досок, крупной бытовой техники, ковров и т.п.;- selection of large-sized objects, for example, car tires, old furniture, boards, large household appliances, carpets, etc .;
- разрывание пакетов, в которых был мусор;- tearing up packages containing garbage;
- разрыхление и подача отходов на движущийся конвейер.- loosening and supply of waste to a moving conveyor.
Далее ТКО поступают в модуль автоматизированной сортировки, где подвергаются сначала магнитной сепарации, затем роботизированной сортировке.Then MSW goes to the automated sorting module, where it is subjected first to magnetic separation, then to robotic sorting.
Магнитную сепарацию ТКО обычно проводят в подвесных сепараторах с непрерывно движущейся в магнитном поле лентой. Чаще всего для выделения крупных металлических фракций используются подвесные электромагниты.Magnetic separation of MSW is usually carried out in suspended separators with a tape continuously moving in a magnetic field. Suspended electromagnets are most often used to separate large metal fractions.
Для извлечения из ТКО пластиков, включая полиэтиленовую пленку и пакеты, стекла, бумаги, объектов из цветных металлов и других компонентов, используют роботизированную сортировку.Robotic sorting is used to extract plastics from MSW, including plastic wrap and bags, glass, paper, objects made of non-ferrous metals and other components.
На участке роботизированной сортировки вдоль конвейера установлены роботы-манипуляторы (один или несколько, что зависит от требуемой производительности).At the section of robotic sorting along the conveyor, robotic manipulators are installed (one or several, depending on the required performance).
Система технического зрения передает сигналы датчиков и изображений с видеокамер в управляющий компьютер, оснащенный ПО распознавания образов на основе самообучающихся нейронных сетей. Вычислительный блок компьютера формирует управляющий сигнал и передает этот сигнал сортировочному манипулятору, который осуществляет захват и перенос заданного объекта из потока в соответствующую емкость (контейнер).The computer vision system transmits signals from sensors and images from video cameras to a control computer equipped with pattern recognition software based on self-learning neural networks. The computing unit of the computer generates a control signal and transmits this signal to the sorting manipulator, which captures and transfers the specified object from the stream to the corresponding container (container).
Способ анализа поступающих от системы технического зрения сигналов датчиков и изображений с видеокамер основан на использовании технологии нейронных сетей и дает возможность выделять из потока, поступающего на конвейер, объекты и определенные элементы объектов в соответствии с заложенными в процессе обучения нейронной сети признаками. Подобными признаками может быть сочетание формы и цвета объекта, формы и спектрограммы и прочее, позволяющее отнести элемент к какой-либо категории, например, «стеклянная бутылка», «полипропилен», «кусок картона».The method for analyzing signals from sensors and images from video cameras coming from a computer vision system is based on the use of neural networks technology and makes it possible to select objects and certain elements of objects from the flow entering the conveyor in accordance with the features laid down in the neural network training process. Such features can be a combination of the shape and color of the object, the shape and the spectrogram, and so on, allowing the item to be classified into a category, for example, "glass bottle", "polypropylene", "piece of cardboard".
Затем вычислительный блок компьютера передает сигнал сортировочному манипулятору на захват выделенного из потока объекта и перенос его в нужный контейнер или на нужную ленту конвейера.Then the computing unit of the computer sends a signal to the sorting manipulator to capture the object selected from the stream and transfer it to the desired container or to the desired conveyor belt.
Система технического зрения непрерывно контролирует поток отходов. Самообучаемое программное обеспечение на основе нейронных сетей анализирует сигналы датчиков и видеоизображения в режиме реального времени.The vision system continuously monitors the waste stream. Self-learning software based on neural networks analyzes sensor signals and video images in real time.
Анализ сигналов от одного или более датчиков и видеокамер и передача управляющих сигналов разным манипуляторам могут быть организованы одним или несколькими вычислительными модулями, соединенными вместе для работы в качестве распределенной вычислительной системы.Analysis of signals from one or more sensors and video cameras and transmission of control signals to various manipulators can be organized by one or more computing modules connected together to operate as a distributed computing system.
АСУ ТП осуществляет общий контроль за работой всего комплекса, так, например, при необходимости, АСУ ТП может регулировать скорость движения конвейера, обеспечивая максимальную производительность и полноту сортировки.The automated process control system exercises general control over the operation of the entire complex, so, for example, if necessary, the automated process control system can regulate the speed of the conveyor, ensuring maximum productivity and completeness of sorting.
На начальном этапе или в случае необходимости в работу роботов может вмешаться оператор. Глядя в мониторы, оператор может давать команды на отбор нестандартных фракций. С использованием технологии нейронных сетей система распознавания образов будет обучаться и сможет в дальнейшем самостоятельно принимать решения об удалении новых фракций/компонент из потока.At the initial stage or if necessary, the operator can intervene in the work of the robots. Looking at the monitors, the operator can give commands to select non-standard factions. Using neural network technology, the pattern recognition system will be trained and will be able to independently make decisions on the removal of new fractions / components from the stream.
Таким образом, из несортированного мусора удаляют пластики, включая полиэтиленовую пленку и пакеты, удаляют стекло, бумагу, объекты из цветных металлов и другие компоненты, на которые настроена система детекции и распознавания. После сортировки на конвейере остается только органическая часть отходов.Thus, plastics, including plastic wrap and bags, are removed from unsorted waste, glass, paper, objects made of non-ferrous metals and other components to which the detection and recognition system is configured are removed. After sorting, only the organic part of the waste remains on the conveyor.
Оставшиеся на конвейере отходы равномерно загружают с помощью системы загрузки в шахту плазменной электропечи модуля электроплазменной переработки. Работу каждого электродугового плазмотрона обеспечивают источник электропитания (управляемый тиристорным выпрямителем), разделительный трехфазный трансформатор, воздушный компрессор, водяной насос (градирня). Охлаждающая вода необходима также для кожуха газификатора.The waste remaining on the conveyor is uniformly loaded with the help of a loading system into the mine of the plasma electric furnace of the module for electroplasma processing. The operation of each electric arc plasmatron is provided by a power supply (controlled by a thyristor rectifier), a three-phase isolation transformer, an air compressor, and a water pump (cooling tower). Cooling water is also required for the gasifier shell.
Органическая часть отходов газифицируется при температуре 1300-1500°С с получением синтез-газа (смесь оксида углерода и водорода). Неорганическая минеральная часть отходов переводится в жидкий шлак в подине электропечи и сливается в емкость для гранулированного шлака.The organic part of the waste is gasified at a temperature of 1300-1500 ° C to obtain synthesis gas (a mixture of carbon monoxide and hydrogen). The inorganic mineral part of the waste is transferred to liquid slag in the hearth of the electric furnace and discharged into a container for granulated slag.
Закалка синтез-газа и очистка отходящих газов производится в газожидкостном центробежно-барботажном аппарате. Синтез-газ из газификатора поступает в центробежно-барботажный аппарат ЦБА (вихревой скруббер) с водно-щелочным раствором, где его температура снижается до 80-90°С, далее синтез-газ поступает в осушитель-теплообменник, рукавный фильтр, компремируется компрессором, поступает в ресивер (газгольдер).Quenching of synthesis gas and purification of off-gases are carried out in a gas-liquid centrifugal-bubbling apparatus. The syngas from the gasifier enters the centrifugal-bubbling apparatus CBA (vortex scrubber) with an aqueous-alkaline solution, where its temperature drops to 80-90 ° C, then the syngas enters the dryer-heat exchanger, bag filter, is compressed by the compressor, enters into the receiver (gas tank).
В реакционной зоне газификатора существует восстановительная атмосфера (СО, Н2), поэтому оксиды азота в отходящем газе отсутствуют. Уровень температур (1300-1500°С) и резкая закалка отходящих газов в вихревом скруббере исключают образование диоксинов, фуранов и других канцерогенных веществ.There is a reducing atmosphere (CO, H 2 ) in the reaction zone of the gasifier, so there are no nitrogen oxides in the off-gas. The temperature level (1300-1500 ° C) and the sharp quenching of the exhaust gases in the vortex scrubber exclude the formation of dioxins, furans and other carcinogenic substances.
Синтез-газ накапливается в газгольдере, что позволит сгладить флуктуации его химического состава, вызванные флуктуациями фракционного состава ТКО и затем передаваться по газопроводу на котельную или газотурбинную установку (ГТУ), где использоваться в качестве топлива.The synthesis gas is accumulated in the gas tank, which will allow to smooth out fluctuations in its chemical composition caused by fluctuations in the fractional composition of MSW and then be transferred through a gas pipeline to a boiler or gas turbine unit (GTU), where it can be used as fuel.
Зола из плазменной электропечи и блока очистки отходящих газов поступает в блок утилизации золы, сначала в бункер золы с механизмом ввода золы, затем в плавильный реактор. Остеклованный гранулированный шлак в объеме 10-12% от количества ТКО относится к 4 классу опасности и может без ограничения применяться в производстве строительных материалов, при создании автодорог и т.д. Шлак из системы очистки синтез-газа (ЦБА) относится к 3-4 классу опасности и содержит, в основном, хлористый водород, сульфат и карбонат натрия.Ash from the plasma electric furnace and the off-gas cleaning unit enters the ash disposal unit, first into the ash hopper with an ash input mechanism, then into the melting reactor. Vitrified granulated slag in the amount of 10-12% of the amount of MSW belongs to the 4th hazard class and can be used without restriction in the production of building materials, in the creation of roads, etc. Slag from the synthesis gas purification system (CBA) belongs to the 3-4 hazard class and contains mainly hydrogen chloride, sodium sulfate and carbonate.
Расход щелочи на нейтрализацию дымовых газов в зависимости от содержания кислых компонент в отходах составит ориентировочно 10-15 кг/ч, чтобы получить двухпроцентное содержание щелочи в водном растворе.Alkali consumption for neutralization of flue gases, depending on the content of acidic components in the waste, will be approximately 10-15 kg / h in order to obtain a 2% alkali content in the aqueous solution.
Сервисные блоки и системы (электроснабжения; водоснабжения; газоснабжения; вентиляции; кондиционирования; безопасности и др.) обеспечивают работоспособность модуля.Service blocks and systems (power supply; water supply; gas supply; ventilation; air conditioning; security, etc.) ensure the module's operability.
Система АСУ ТП обеспечивает сбор, архивирование и обработку информации.The APCS system provides collection, archiving and processing of information.
Плазменная технология газификации отходов позволяет получать высококалорийный синтез-газ (смесь СО+Н2 до 90% об.) с теплотворной способностью 10-13 МДж/м3. Использование его в качестве топлива в энергетических котлах или газотурбинных установках (ГТУ) позволяет вырабатывать электрическую энергию и тепло.Plasma technology for gasification of wastes makes it possible to obtain high-calorific synthesis gas (mixture of CO + H 2 up to 90% vol.) With a heating value of 10-13 MJ / m 3 . Using it as a fuel in power boilers or gas turbine installations (GTU) allows the generation of electrical energy and heat.
При расширении схемы на парогазовый цикл за газовой турбиной устанавливают котел-утилизатор и паровую турбину. Остаточное низкопотенциальное тепло может использоваться для предварительной сушки ТКО. Кроме того, в цикл можно включать модуль утилизации низкопотенциального тепла на основе термотрансформаторов (тепловых насосов).When expanding the scheme to a steam-gas cycle, a waste heat boiler and a steam turbine are installed behind the gas turbine. Residual low-grade heat can be used for preliminary drying of MSW. In addition, the cycle can include a module for the utilization of low-grade heat based on thermal transformers (heat pumps).
Данный подход позволяет обеспечить максимальную глубину переработки ТКО.This approach allows to ensure the maximum depth of MSW processing.
К настоящему времени разработано технико-экономическое обоснование проекта «Система обращения с отходами», в котором обоснована возможность и целесообразность использования предлагаемого комплекса для переработки твердых бытовых отходов. Коммерциализацию планируется осуществлять в рамках проекта создания Экотехнопарка Новосибирской области.To date, a feasibility study has been developed for the Waste Management System project, which substantiates the possibility and expediency of using the proposed complex for processing solid household waste. Commercialization is planned to be carried out within the framework of the project to create the Ecotechnopark of the Novosibirsk Region.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019120572A RU2731729C1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Processing complex of solid municipal wastes with automated sorting of inorganic part and plasma gasification of organic residue |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019120572A RU2731729C1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Processing complex of solid municipal wastes with automated sorting of inorganic part and plasma gasification of organic residue |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2731729C1 true RU2731729C1 (en) | 2020-09-08 |
Family
ID=72421673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019120572A RU2731729C1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Processing complex of solid municipal wastes with automated sorting of inorganic part and plasma gasification of organic residue |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2731729C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112850644A (en) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 | Device and method for preparing high-purity hydrogen by gasifying household garbage through plasma |
| RU2755876C1 (en) * | 2020-11-17 | 2021-09-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук | Method for optimising robotic sorting of msw by means of dynamic planning of the movements of the sorter robot |
| CN114733870A (en) * | 2020-12-24 | 2022-07-12 | 财团法人工业技术研究院 | Metal recovery system and metal recovery method using same |
| RU2783213C1 (en) * | 2021-07-29 | 2022-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method for environmentally sustainable recycling of solid household waste at a multi-fuel power complex and apparatus for implementation thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478169C1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Plasma-chemical method of processing solid domestic and industrial wastes |
| WO2015158962A1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-10-22 | Zenrobotics Oy | A material sorting unit, a system and a method for sorting material |
| KR101942219B1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-01-24 | 고재성 | Apparatus and method for waste image identification using convolution neural network |
-
2019
- 2019-07-01 RU RU2019120572A patent/RU2731729C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478169C1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Plasma-chemical method of processing solid domestic and industrial wastes |
| WO2015158962A1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-10-22 | Zenrobotics Oy | A material sorting unit, a system and a method for sorting material |
| KR101942219B1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-01-24 | 고재성 | Apparatus and method for waste image identification using convolution neural network |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Технология плазменной газификиции Westinghouse. Обзор квалификационных требований, Westinghouse Plasma Corporation a division of Alter NRG Corp., опубл. 01.2014, найден из интернет: https://img1.wsimg.com/blobby/go/be8a8e2c-36e5-4139-8ee9-42c79701fc58/downloads/Технология%20плазменной%20газификации% 20Westinghouse.pdf?ver=1578481457785, найден 20.02.2020, стр.47-48, рис.9.1. * |
| Технология плазменной газификиции Westinghouse. Обзор квалификационных требований, Westinghouse Plasma Corporation a division of Alter NRG Corp., опубл. 01.2014, найдениз интернет: https://img1.wsimg.com/blobby/go/be8a8e2c-36e5-4139-8ee9-42c79701fc58/downloads/Технология%20плазменной%20газификации% 20Westinghouse.pdf?ver=1578481457785, найден 20.02.2020, стр.47-48, рис.9.1. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2816743C1 (en) * | 2020-10-19 | 2024-04-03 | Инт-Энергиа Kft. | Plant and method for environmentally safe processing of solid wastes and biomass to increase efficiency of production of electricity and other useful products |
| RU2755876C1 (en) * | 2020-11-17 | 2021-09-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук | Method for optimising robotic sorting of msw by means of dynamic planning of the movements of the sorter robot |
| CN114733870A (en) * | 2020-12-24 | 2022-07-12 | 财团法人工业技术研究院 | Metal recovery system and metal recovery method using same |
| CN114733870B (en) * | 2020-12-24 | 2023-11-21 | 财团法人工业技术研究院 | Metal recovery system and metal recovery method using same |
| CN112850644A (en) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 | Device and method for preparing high-purity hydrogen by gasifying household garbage through plasma |
| RU2783213C1 (en) * | 2021-07-29 | 2022-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method for environmentally sustainable recycling of solid household waste at a multi-fuel power complex and apparatus for implementation thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2731729C1 (en) | Processing complex of solid municipal wastes with automated sorting of inorganic part and plasma gasification of organic residue | |
| JP5547659B2 (en) | Gasification system with processing raw material / char conversion and gas reforming | |
| KR101356177B1 (en) | Waste treatment process and apparatus | |
| US8070863B2 (en) | Gas conditioning system | |
| KR101298907B1 (en) | Waste treatment process and apparatus | |
| AU2007275600B2 (en) | A low temperature gasification facility with a horizontally oriented gasifier | |
| US7878131B2 (en) | Integrated process for waste treatment by pyrolysis and related plant | |
| US9458073B2 (en) | Gas recycle loops in process for converting municipal solid waste into ethanol | |
| US5290327A (en) | Device and allothermic process for producing a burnable gas from refuse or from refuse together with coal | |
| US20150292736A1 (en) | System and method for reutilizing co2 from combusted carbonaceous material | |
| US20060228294A1 (en) | Process and apparatus using a molten metal bath | |
| AU2008221197B9 (en) | Gasification system with processed feedstock/char conversion and gas reformulation | |
| ITFI20000034A1 (en) | INTEGRATED CONTROL AND DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBON WASTE | |
| CN101903081A (en) | Method and device for reprocessing CO2-containing exhaust gases | |
| JP6781774B2 (en) | Radioactive waste recycling facility | |
| CN106244239B (en) | The process of refuse gasification production synthetic natural gas | |
| CA2651406C (en) | A gas conditioning system | |
| WO2017212301A2 (en) | Plasma reactor, and waste processing system and method with such reactor | |
| CN112852490A (en) | Efficient pyrolysis gasification equipment and method for heterogeneous organic solid waste | |
| RU2478169C1 (en) | Plasma-chemical method of processing solid domestic and industrial wastes | |
| CN208717234U (en) | A kind of garbage derivatived fuel thermal decomposition system | |
| CN110577839B (en) | Organic solid waste wastewater-free hydrothermal decomposition oil recovery treatment system and treatment method | |
| CN108947230A (en) | A kind of system and its implementation using gasification and melting reduction furnace production rock wool | |
| CN106482110A (en) | A kind of pyrolysis and the system and method for anaerobic digestion coupling processing rubbish | |
| CN117535067A (en) | Organic solid waste pyrolysis gasification centralized gas supply system and method |