Устройство для энергетической утилизации твёрдых отходов

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТВРДЫХ ОТХОДОВ Лафонтэн Ханс Йорг, Хильдесхайм Клаус Томас (FR) Представитель: Изобретение относится к устройству энергетической утилизации твердых отходов, таких как,например, макулатура, древесные отходы, пластмассовые отходы, отходы производства, промышленный шлам или другие твердые фракции, содержащие горючие компоненты, или их смеси. Устройство для тепловой утилизации твердых отходов согласно настоящему изобретению позволяет обеспечить непрерывную работу с нейтральным или положительным энергетическим балансом для широкого круга отходов и с соблюдением требований по охране окружающей среды, особенно в отношении состава дымового газа. Это достигается за счет того, что устройство содержит механизм подачи материала, установку для полукоксования и установку для теплового дожигания. Эти основные компоненты позволяют утилизировать различные типы твердых отходов, при этом исходное сырье первоначально преобразуется в горячий газ, который может быть преобразован в пар и электрическую энергию. 014169 Изобретение относится к устройству для энергетической утилизации твердых отходов. Термин "твердые отходы" относится, например, к макулатуре, древесным отходам, пластмассовым отходам, отходам производства, промышленному шламу или другим твердым фракциям, содержащим горючие компоненты, или к их смесям. Устройства для энергетической утилизации твердых отходов известны, но, как правило, они имеют серьезные недостатки. В большинстве случаев, например, они неспособны оптимально использовать содержащуюся в отходах энергию из-за размера этих отходов и практически не поддающемуся контролю составу смеси веществ в подаваемом в установку материале. К тому же, для обеспечения соответствия эффективности сгорания предусмотренным законом требованиям отходы должны быть нагреты до относительно высоких температур, что приводит к содержанию большого количества загрязняющих веществ в дымовом газе, который в таком случае должен быть подвергнут длительной и дорогостоящей очистке. Кроме того, большинство таких устройств применяют для утилизации твердых отходов с теплотворной способностью, превышающей 11000 кДж/кг, что не является необходимым условием для настоящего изобретения. Из документов ЕР 1012503 В 1 и DE 4408654 А 1 известно устройство для обработки твердых отходов, предпочтительно бытовых, которые не должны содержать материалов, требующих специального контроля согласно европейскому законодательству по утилизации отходов, поскольку в этом устройстве не принято никаких мер для удаления или удержания загрязняющих веществ, образующихся при полукоксовании и сжигании. В документе DE 4302740 А 1 описана установка для низкотемпературной карбонизации, в которой процесс карбонизации происходит при дефиците кислорода, а необходимая для карбонизации тепловая энергия образуется при частичном сжигании подлежащего карбонизации материала. Перерабатываемые таким образом отходы не требуют специального контроля согласно европейскому законодательству по утилизации отходов (фракция остаточного шлама разбрасывается на полях). В документе DE 4115435 С 1 описан способ обработки взрывчатых веществ, который осуществляют в сочетании или параллельно с существующими установками по обработке сточных вод, что, следовательно, не является самостоятельным решением. Способ согласно документу WO 01/53510 А 1 включает первый этап, на котором осуществляют аэробное брожение, то есть компостирование, во время которого происходит переработка материала при подаче воздуха. Во время второго этапа органический материал карбонизируют. Процесс карбонизации осуществляют при недостатке кислорода в установке для низкотемпературной карбонизации, при этом необходимая для карбонизации тепловая энергия образуется за счет частичного сжигания подлежащего карбонизации материала. Во время третьего этапа из полученного при низкотемпературной карбонизации газа в анаэробных термофильных условиях образуется метан (генераторный газ). В документе DE 102004002388 А 1 описан способ энергетической утилизации производимого из отходов топлива и пиролизная установка для производимого из отходов топлива. Этот способ включает объединение пиролиза и сжигания в псевдоожиженном слое исключительно производимого из отходов топлива для дополнения существующих электростанций, работающих на угле, в которых одновременно с ним сжигается пиролизный газ. В документе DE 69410841 Т 2 описан пиролизер камерного типа прерывистого действия. В документе DE 68908890 Т 2 описано сочетание барабанной сушилки с проводимым в отдельном барабане термолизом в отсутствие воздуха под давлением подаваемого инертного газа. Необходимая для сушки и термолиза тепловая энергия образуется за счет сжигания очищенного термолизного газа. Работа осуществляется по периодической схеме. В документе DE 69204389 Т 2 описаны установка и процесс для термолиза промышленных и бытовых отходов, включающий промывку в нисходящем потоке для удаления галогенов из термолизных остатков, получаемых из установки по DE 68908890 Т 2. Задача настоящего изобретения заключается в создании непрерывно работающего устройства для тепловой утилизации твердых отходов, которое имеет нейтральный или положительный энергетический баланс и применимо для широкого круга отходов с соблюдением требований по охране окружающей среды, особенно в отношении состава дымового газа. Эта задача решена в устройстве согласно изобретению, которое содержит механизм подачи материала, зону сушки, зону полукоксования, зону сжигания и установку для теплового дожигания. Механизм подачи материала, сушилка, установка для полукоксования, печь для сжигания отходов и/или система золоудаления расположены внутри закрытого корпуса в виде блоков, через которые проходит теплостойкое конвейерное устройство. Устройство согласно изобретению также содержит средства для извлечения паров из зоны сушки, газа низкотемпературной карбонизации - из зоны полукоксования и/или дымового газа - из зоны сжигания, а также средства для транспортировки извлеченных газообразных компонентов. В зоне сушки и в зоне полукоксования расположены тепловые излучатели, которые могут быть нагреты дымовым газом через управляемую систему труб, а в устройстве дожигания расположены вспомогательные горелки. Эти основные компоненты позволяют утилизировать различные типы твердых отходов, при этом-1 014169 исходное сырье первоначально преобразуется в горячий газ, который может быть преобразован в пар и электрическую энергию. Механизм подачи материала служит для равномерной загрузки конвейерной ленты, проходящей через устройство полукоксования, и временного хранения предварительно измельченного или дробленого исходного материала. В установке для полукоксования содержащиеся в отходах органические фракции преобразуются в газ низкотемпературной карбонизации. После прохождения через зоны сушки и полукоксования, материал переносится конвейерным устройством в зону сжигания. Здесь в контролируемых условиях кокс сжигается при низких температурах с избытком атмосферного кислорода. В зоне сушки в качестве средств снижения остаточного влагосодержания в подлежащих обработке твердых отходах расположены тепловые излучатели, которые могут быть нагреты дымовым газом. Этот этап сушки предпочтительно осуществляют в первой трети устройства полукоксования, что обеспечивает полную карбонизацию исходного материала. Кроме того, устройство согласно изобретению предпочтительно содержит средства добавления адсорбента к твердьм отходам. Твердый адсорбент предпочтительно связывает кислые газообразные загрязняющие вещества во время полукоксования и сжигания. В одном из вариантов осуществления изобретения установка для теплового дожигания представляет собой вихревую камеру сгорания, которая предпочтительно снабжена вспомогательными горелками. Вихревая камера сгорания с ее вспомогательными горелками предназначена для нагрева и обеспечения достижения требуемых минимальных температур горения. Эта установка для теплового дожигания, во-первых, позволяет использовать газ низкотемпературной карбонизации, который имеет высокую теплотворную способность, и, во-вторых, надежно разрушает содержащиеся в нем газообразные загрязняющие вещества. При этом дымовые газы остаются в горячей зоне в течение минимально необходимого периода времени. Устройство также содержит печь для сжигания отходов и систему золоудаления. Удаляемая зола поступает в контейнер для хранения. Кроме того, предпочтительно устройство согласно изобретению содержит средства транспортировки этих извлеченных газообразных компонентов, которые предпочтительно представляют собой вентилятор горячего воздуха. Преимущественно упомянутые три газообразных компонента подаются в устройство теплового дожигания посредством общего вентилятора горячего газа. Это особенно предпочтительно, поскольку устраняется неприятный запах паров, образуемых во время процесса сушки. Устройство согласно изобретению также содержит средства транспортировки дымового газа из установки для теплового дожигания в устройство отбора теплоты, предпочтительно представляющего собой котел-утилизатор. Вследствие природы используемых твердых отходов дымовой газ, поступающий в котелутилизатор, имеет достаточное энергосодержание. В этом котле-утилизаторе энергосодержание дымового газа используется для образования пара, который предпочтительно преобразуется в энергию посредством турбогенератора. Избыточная электрическая энергия может быть подана в региональную сеть среднего-высокого напряжения через трансформаторную подстанцию. Избыточная тепловая энергия может быть подана в соседние сооружения посредством короткой тепловой сети. Средства транспортировки дымового газа предпочтительно включают в себя средства его очистки. Объектом изобретения также является способ работы устройства согласно изобретению. Согласно этому способу отходы проходят через установку для полукоксования в атмосфере с содержанием кислорода ниже стехиометрического. Таким образом, произведенный полукокс зажигается в печи для сжигания отходов при избытке атмосферного кислорода и сжигается на теплостойком конвейерном устройстве. Далее подробно описан один из вариантов осуществления изобретения. На чертеже схематично показано устройство согласно изобретению. Твердые отходы, которые либо поставляются внешними поставщиками, либо образуются на других сооружениях в месте расположения установки согласно изобретению, дробятся измельчителем и подаются в один или несколько контейнеров для сбора мусора, снабженных ленточным транспортером. Для накопления, смешивания и стандартизации исходные отходы могут временно храниться в резервуарах или на специально предусмотренных для этой цели площадках. В контейнере для сбора мусора, снабженном ленточным транспортером, размельченные отходы смешиваются с адсорбентом и затем подаются в устройство посредством механизма (1) подачи материала, выполненного в виде конвейерной ленты с шириной, равной ширине зоны полукоксования. Свободно уложенный исходный материал подается на теплостойкий конвейер и затем проходит через сушилку (2),которая содержит нагреваемые дымовым газом тепловые излучатели как средства сокращения остаточного влагосодержания в подлежащих обработке твердых отходах.-2 014169 Затем отходы проходят через установку (3) для полукоксования, в которой преобладает атмосфера с содержанием кислорода ниже стехиометрического. Необходимая для сушки и полукоксования энергия поступает от потока дымового газа, выходящего из устройства дожигания. Полученный таким образом полукокс зажигается в печи (4) для сжигания отходов при избытке атмосферного кислорода и сжигается на теплостойком конвейерном устройстве. Непосредственно сзади по ходу от нее расположена система (5) золоудаления. В этом варианте осуществления изобретения механизм (1) подачи материала, сушилка (2), установка (3) для полукоксования, печь (4) для сжигания отходов и система (5) золоудаления установлены внутри закрытого корпуса как последовательно расположенные блоки, через которые проходит теплостойкое конвейерное устройство, и могут образовывать туннельную печь. В соответствии с этой конструкцией введенные в механизм подачи материала отходы последовательно проходят через зону (2) сушки, зону(3) полукоксования и зону (4) сжигания. Кроме того, имеются средства для извлечения паров из зоны сушки, газа низкотемпературной карбонизации - из зоны полукоксования и/или дымового газа - из зоны сжигания, а также средства для передачи извлеченных газообразных компонентов из извлекающих средств в установку для теплового дожигания. Причем три вышеупомянутых газообразных компонента проходят через средство, выполненное в виде вентилятора (7) горячего газа, предназначенного для передачи извлеченных газообразных компонентов. Конденсированные пары вместе с газами низкотемпературной карбонизации и дымовыми газами из печи для сжигания отходов поступают в установку (6) для теплового дожигания, которая в этом варианте осуществления изобретения расположена в отдельном корпусе. Установка (6) для теплового дожигания выполнена в виде вихревой камеры сгорания, оснащенной вспомогательными горелками. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для непрерывной энергетической утилизации твердых отходов, характеризующееся тем, что содержит механизм (1) подачи материала, зону (2) сушки, зону (3) полукоксования, зону (4) сжигания и установку (6) для теплового дожигания, причем механизм (1) подачи материала, сушилка (2),установка (3) для полукоксования, печь (4) для сжигания отходов и/или система (5) золоудаления расположены внутри закрытого корпуса в виде блоков, через которые проходит теплостойкое конвейерное устройство, при этом устройство содержит средства (7) для извлечения паров из зоны (2) сушки, газа низкотемпературной карбонизации - из зоны (3) полукоксования и/или дымового газа - из зоны (4) сжигания, а также средства (8) транспортировки упомянутых извлеченных газообразных компонентов, причем в зоне (2) сушки и в зоне полукоксования расположены тепловые излучатели, нагреваемые дымовым газом через управляемую систему труб, а в установке (6) для теплового дожигания расположены вспомогательные горелки. 2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что содержит средства добавления адсорбента к твердым отходам. 3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что установка (6) для теплового дожигания представляет собой вихревую камеру сгорания. 4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что содержит систему (5) золоудаления. 5. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что средства (8) транспортировки извлеченных газообразных компонентов представляют собой вентилятор (8) горячего газа. 6. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что содержит средства (9) транспортировки дымового газа из установки (6) для теплового дожигания в устройство отбора теплоты, в частности в котелутилизатор. 7. Устройство по п.6, характеризующееся тем, что средства (9) транспортировки дымового газа включают в себя средства для его очистки. 8. Способ работы устройства по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что отходы пропускают через установку (3) для полукоксования, в которой содержание кислорода ниже стехиометрического. 9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что полученный полукокс зажигают в печи (4) для сжигания отходов при избытке атмосферного кислорода и сжигают на теплостойком конвейерном устройстве.