RU2367848C1

RU2367848C1 - Rotating pyrolysis chamber for solid waste

Info

Publication number: RU2367848C1
Application number: RU2008112228/15A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Павлович Кузнецов (RU); Анатолий Павлович Кузнецов; Александр Савосьянович Тоболкин (RU); Александр Савосьянович Тоболкин; Павел Алексеевич Макаров (RU); Павел Алексеевич Макаров; Николай Яковлевич Усачев (RU); Николай Яковлевич Усачев; Лидия Ивановна Леванова (RU); Лидия Ивановна Леванова
Original assignee: Анатолий Павлович Кузнецов; Александр Савосьянович Тоболкин; Павел Алексеевич Макаров; Николай Яковлевич Усачев; Лидия Ивановна Леванова
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-09-20

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention can be applied in thermal decomposition of solid waste. Waste is fed to pyrolysis chamber volume by auger 10. Heating of carbon-containing waste is implemented by contact of solid waste to heating pipe 4 surface. Pyrolytic gas is discharged through pipe 13, and hot solid waste is poured from pipe 12 to lower part of discharge device 8 to cooling chamber 14 where it begins to cool down. When a certain solid waste level in discharge device 8 is achieved, level sensor signal activates star valve 15 of upper gate unit. As solid remainders discharged to cooling chamber 14 cool down, thermal sensor 25 generates signal for activation of star valve 16 of lower gate unit.

EFFECT: enhanced operational efficiency of pyrolysis chamber.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области утилизации углеродсодержащих отходов (УО), которые могут содержать бумагу, дерево, резину, текстиль, пластмассы и другие горючие компоненты, путем их термического разложения (пиролиза) с использованием способа швелевания (полукоксования) и получением пиролизного газа и твердого остатка пиролиза.The invention relates to the field of utilization of carbon-containing waste (UO), which may contain paper, wood, rubber, textiles, plastics and other combustible components, by thermal decomposition (pyrolysis) using the method of stirring (semi-coking) and obtaining pyrolysis gas and a solid pyrolysis residue .

Из уровня техники известна установка для термической утилизации отходов (по способу швелевания), содержащая камеру швелевания (пиролизный реактор), предназначенный для превращения твердых отходов в высококалорийный пиролизный газ и остаточное вещество пиролиза. В качестве камеры швелевания используется выполненный с возможностью вращения вокруг продольной оси барабан швелевания с нагревательными трубами, посредством которых перерабатываемые материалы (отходы) нагреваются и пиролизуются (см. ЕР №0302310 А, 1989 г.).The prior art installation for thermal waste disposal (according to the leveling method) containing a leveling chamber (pyrolysis reactor) designed to convert solid waste into high-calorie pyrolysis gas and residual pyrolysis material. As a channeling chamber, a channeling channel made with the possibility of rotation around the longitudinal axis is used with heating pipes, by means of which the processed materials (waste) are heated and pyrolyzed (see EP No. 0302310 A, 1989).

Известна также пиролизная камера для термической переработки отходов, выполненная с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и имеющая множество нагревательных труб, снабженных ударно-отражательными оболочками, находящимися в ее внутреннем пространстве, причем пиролизная камера дополнительно оснащена внутренней обогреваемой обечайкой, установленной с зазором по отношению к обечайке корпуса вращающейся пиролизной камеры, а в двух концевых плитах имеются окна для прохода теплоносителя, на внешней стороне внутренней обечайки выполнены спиральные каналы для эффективного нагрева внутренней обечайки, соприкасающейся с перерабатываемыми твердыми материалами. Для снижения тепловых потерь и повышения эффективности нагрева на внутренней стороне обечайки корпуса камеры нанесен теплоизоляционный слой (см. RU №2258077, С10В 1/10, 2003 г.).There is also known a pyrolysis chamber for thermal processing of waste, made with the possibility of rotation around its longitudinal axis and having a plurality of heating pipes equipped with shock-reflective shells located in its internal space, the pyrolysis chamber being additionally equipped with an internal heated shell, installed with a gap with respect to the shell of the rotary pyrolysis chamber body, and in the two end plates there are windows for the passage of the coolant, on the outside of the inner shell and made spiral channels for efficient heating of the inner shell in contact with the processed solid materials. In order to reduce heat loss and increase heating efficiency, a heat-insulating layer is applied on the inner side of the shell of the camera body (see RU No. 2258077, С10В 1/10, 2003).

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа заявленного изобретения, является поворотная камера пиролиза, содержащая цилиндрический корпус с впускной и выпускной камерами газообразного теплоносителя, а также загрузочное и разгрузочное устройства. Поворотная камера пиролиза снабжена нагревательными трубами и выполнена с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, расположенной под некоторым углом к горизонту. Нагревательные трубы снабжены стальными ударно-отражательными оболочками, выполненными в виде желобов, расположенных на части общей длины нагревательных труб для их защиты от механических повреждений (см. RU №2125584, М. Кл. С10В 1/10, 1999 г.).The closest analogue, selected as a prototype of the claimed invention, is a rotary pyrolysis chamber containing a cylindrical body with inlet and outlet chambers of a gaseous coolant, as well as loading and unloading devices. The rotary pyrolysis chamber is equipped with heating pipes and is made to rotate around its longitudinal axis, located at an angle to the horizon. The heating pipes are equipped with steel shock-reflective shells made in the form of grooves located on a part of the total length of the heating pipes to protect them from mechanical damage (see RU No. 2125584, M. Cl. C10B 1/10, 1999).

В указанных аналогах, в том числе и прототипе, не раскрыта конструкция разгрузочного устройства, являющегося необходимым узлом для обеспечения непрерывной и высокопроизводительной работы пиролизной камеры, т.к. для предотвращения воспламенения горячего твердого остатка (ТО) при контакте с воздухом необходима стадия его охлаждения, которую необходимо осуществить до выгрузки ТО из разгрузочного устройства. Вследствие этого, по мере накопления ТО в разгрузочном устройстве, пиролизную камеру необходимо периодически останавливать для охлаждения и разгрузки накопленного охлажденного ТО, что снижает эффективность работы указанных камер пиролиза.In these analogues, including the prototype, the design of the unloading device, which is a necessary node to ensure continuous and high-performance pyrolysis chamber operation, is not disclosed. in order to prevent ignition of a hot solid residue (MOT) upon contact with air, a stage of its cooling is necessary, which must be carried out before unloading the MOT from the unloading device. As a result of this, as TO accumulates in the unloading device, the pyrolysis chamber must be periodically stopped to cool and unload the accumulated cooled TO, which reduces the efficiency of these pyrolysis chambers.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности работы пиролизной камеры за счет обеспечения ее непрерывной работы.The problem to which the claimed invention is directed, is to increase the efficiency of the pyrolysis chamber by ensuring its continuous operation.

Решение указанной задачи обеспечено тем, что поворотная камера пиролиза для твердых отходов, содержащая цилиндрический корпус с впускной и выпускной камерами газообразного теплоносителя, подключенными к нагревательным трубам, расположенным в ее внутреннем пространстве, а также загрузочное устройство и разгрузочное устройство, снабженное в верхней части патрубком отвода пиролизных газов, согласно предложенному изобретению разгрузочное устройство дополнительно оснащено воздухонепроницаемой системой накопления, охлаждения и выгрузки ТО, состоящей из верхнего и нижнего шлюзовых узлов, выполненных в виде звездчатых клапанов, сообщенных с охладительной камерой, подключенной к нижней части разгрузочного устройства через верхний шлюзовой узел, подключенный к датчику уровня, расположенному в нижней части разгрузочного устройства над верхним шлюзовым узлом, при этом на выходе из охладительной камеры установлен нижний шлюзовой узел, подключенный к термодатчику, расположенному в выпускной части охладительной камеры, объем которой, по крайней мере, в 1.5 раза превышает объем нижней части разгрузочного устройства и прямо пропорционально зависит от производительности поворотной камеры В варианте выполнения нижний шлюзовой узел может быть выполнен в виде верхней и нижней шиберных заслонок.The solution to this problem is provided by the fact that the rotary pyrolysis chamber for solid waste, containing a cylindrical body with inlet and outlet chambers of a gaseous coolant connected to heating pipes located in its inner space, as well as a loading device and an unloading device equipped with an outlet pipe in the upper part of pyrolysis gases, according to the proposed invention, the unloading device is additionally equipped with an airtight accumulation, cooling and unloading system maintenance ki, consisting of upper and lower lock nodes, made in the form of star valves, connected with a cooling chamber connected to the lower part of the discharge device through the upper lock node, connected to the level sensor located in the lower part of the discharge device above the upper lock node, at the exit from the cooling chamber, a lower lock assembly is installed, connected to a temperature sensor located in the outlet of the cooling chamber, the volume of which is at least 1.5 times larger than the volume capacity of the lower part of the unloading device and directly proportional to the performance of the rotary chamber. In an embodiment, the lower lock assembly can be made in the form of upper and lower slide gates.

Оснащение разгрузочного устройства системой накопления, охлаждения и выгрузки твердого пиролизованного остатка обеспечивает работу пиролизной камеры в непрерывном режиме, что повышает эффективность ее работы.Equipping the unloading device with a system for storing, cooling, and unloading the solid pyrolyzed residue ensures that the pyrolysis chamber operates in a continuous mode, which increases its efficiency.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид предложенной камеры пиролиза (продольный разрез); на фиг.2 - фрагмент фиг.1 с вариантом выполнения разгрузочного устройства; на фиг.3 - продольный разрез звездчатого клапана.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the proposed pyrolysis chamber (longitudinal section); figure 2 is a fragment of figure 1 with an embodiment of the unloading device; figure 3 is a longitudinal section of a star valve.

Поворотная камера пиролиза содержит цилиндрический корпус 1 с впускной 2 и выпускной 3 камерами газообразного теплоносителя, подключенными к множеству нагревательных труб 4, расположенных в ее внутреннем пространстве и закрепленных на концевых плитах 5 и 6, а также загрузочное 7 и разгрузочное 8 устройства. На загрузочном устройстве 7 размещена дробилка твердых материалов 9 с приводом и питательный шнек 10 с приводом 11. На концевой плите 6 и выпускном устройстве 8 закреплен патрубок 12 для вывода газообразных пиролизных продуктов и ТО. Верхняя часть разгрузочного устройства через патрубок 13 отвода газообразных продуктов пиролиза подключена к системе переработки газообразных продуктов пиролиза (не показана), а нижняя часть подключена к воздухонепроницаемой системе накопления, охлаждения и выгрузки твердого пиролизованного остатка, выполненной в виде охладительной камеры 14 с верхним и нижним шлюзовыми узлами в виде звездчатых клапанов 15 и 16 (с соответствующими приводами (не показаны)). Конструкция подобных звездчатых клапанов широко известна (см., например, описание к пат. RU №2227251, М. Кл. F23G 5/027, 2000 г., в котором звездчатый клапан обозначен позицией 32). Конструктивно подобные звездчатые клапаны представляют собой (см. фиг.3) барабанный кожух 17 с загрузочным 18 и разгрузочным 19 отверстиями, в котором размещен разделенный на открытые секторные секции приводной барабан 20. При работе этого клапана секторные секции барабана 20 периодически совмещаются с загрузочным 18 и разгрузочным 19 отверстиями барабанного кожуха 17, за счет чего происходит периодическое дозированное заполнение и опорожнение (под действием веса сыпучего материала) секторных секций барабана 20 и транспортировка сыпучего материала в направлении сверху вниз, при этом проходное сечение постоянно перекрыто секторными секциями, что исключает прорыв воздуха. В варианте выполнения (см. фиг.2) нижний шлюзовой узел выполнен в виде двух шиберных заслонок 21 и 22. Кроме того, нагревательные трубы 4 могут быть оборудованы ударно-отражательными оболочками 23. Для интенсификации процесса охлаждения охладительная камера 14 может быть оснащена рубашкой 24 с использованием в качестве охлаждающего агента воды или воздуха. Для исключения возможности выдачи неостывшего материала в выходной части камеры 14 установлен термодатчик 25, подключенный к приводу клапана 16 или заслонок 21, 22, которые могут быть включены только по сигналам этого датчика. Для исключения переполнения разгрузочного устройства в нем ниже выводного патрубка 12 установлен датчик уровня 26, по сигналам которого включается в работу звездчатый клапан 15. Для обеспечения бесперебойной работы пиролизной камеры объем охладительной камеры 14 должен, по крайней мере, в 1.5 раза превышать объем нижней части разгрузочного устройства. При меньшем объеме охладительной камеры 14 возможно ее переполнение горячим пиролизным остатком с возникновением аварийной ситуации. В общем случае объем охладительной камеры 14 прямо пропорционально зависит от производительности поворотной камеры, при этом чем больше расчетная производительность, тем больше и объем охладительной камеры.The rotary pyrolysis chamber contains a cylindrical body 1 with an inlet 2 and an outlet 3 chambers of gaseous heat carrier connected to a set of heating pipes 4 located in its inner space and mounted on end plates 5 and 6, as well as loading 7 and unloading 8 devices. A solid material crusher 9 with a drive and a feeding screw 10 with a drive 11 are located on the loading device 7. A pipe 12 is mounted on the end plate 6 and the exhaust device 8 for outputting gaseous pyrolysis products and maintenance. The upper part of the discharge device through the pipe 13 of the discharge of gaseous pyrolysis products is connected to a system for processing gaseous pyrolysis products (not shown), and the lower part is connected to an airtight system for accumulating, cooling and unloading a solid pyrolyzed residue made in the form of a cooling chamber 14 with upper and lower lock units in the form of star valves 15 and 16 (with corresponding actuators (not shown)). The design of such star valves is widely known (see, for example, the description to Pat. RU No. 2227251, M. Cl. F23G 5/027, 2000, in which the star valve is indicated at 32). Structurally, such star valves are (see FIG. 3) a drum casing 17 with a loading 18 and a discharge 19 openings, in which a drive drum 20 is divided into open sector sections. During operation of this valve, the sector sections of the drum 20 are periodically aligned with the loading 18 and unloading 19 holes of the drum casing 17, due to which there is a periodic metered filling and emptying (under the influence of the weight of the bulk material) of the sector sections of the drum 20 and transportation of bulk material of the hull in the direction from top to bottom, while the passage section is constantly blocked by sector sections, which eliminates air breakthrough. In an embodiment (see FIG. 2), the lower lock assembly is made in the form of two slide gates 21 and 22. In addition, the heating pipes 4 can be equipped with shock-reflective shells 23. To intensify the cooling process, the cooling chamber 14 can be equipped with a jacket 24 using water or air as a cooling agent. To exclude the possibility of dispensing non-cooled material, a temperature sensor 25 is installed in the output part of the chamber 14, connected to the valve actuator 16 or dampers 21, 22, which can be turned on only by the signals of this sensor. To prevent overflow of the unloading device, a level sensor 26 is installed below the outlet pipe 12, according to the signals of which the star valve 15 is turned on. In order to ensure uninterrupted operation of the pyrolysis chamber, the volume of the cooling chamber 14 should be at least 1.5 times the volume of the lower part of the unloading devices. With a smaller volume of the cooling chamber 14, it is possible to overfill it with a hot pyrolysis residue with the occurrence of an emergency. In the General case, the volume of the cooling chamber 14 is directly proportional to the performance of the rotary chamber, while the larger the design capacity, the greater the volume of the cooling chamber.

Поворотная камера пиролиза работает следующим образом.The rotary chamber of the pyrolysis works as follows.

Твердые углеродсодержащие отходы, например древесные отходы, использованные автопокрышки, пластмасса, дробятся на определяемые технологическим процессом фракции на дробилке 9 и поступают в загрузочное устройство 7, откуда посредством шнека 10 подаются в полость пиролизной камеры. Нагрев углеродсодержащих отходов происходит в результате контакта твердых материалов с поверхностью нагревательных труб 4, которые нагреваются за счет прохода теплоносителя через камеру 2, нагревательные трубы 4, откуда теплоноситель поступает в выпускную камеру 3. За счет вращения корпуса 1 контакт материалов с греющими поверхностями постоянно обновляется, что интенсифицирует процесс пиролиза за счет перемешивания твердого обрабатываемого материала. За счет высокой температуры нагрева углеродсодержащие отходы разлагаются на пиролизный газ, жидкую фракцию и закоксованный твердый остаток с минеральной и металлической составляющими. Пиролизный газ отводится через патрубок 13, а горячий ТО из патрубка 12 ссыпается в нижнюю часть разгрузочного устройства 8, где начинается его остывание. Для повышения эффективности работы целесообразно, чтобы температура процесса пиролиза в поворотной камере пиролиза была достаточной для перевода жидкой фазы в парообразную. Это позволяет иметь на выходе из разгрузочного устройства 8 ТО в сухом виде, что упрощает его дальнейшую переработку, например сортировку и измельчение. При достижении установленного уровня ТО в разгрузочном устройстве 8 по сигналу датчика уровня 26 включается звездчатый клапан 15, что приводит к перемещению горячего ТО из разгрузочного устройства 8 в охладительную камеру 14, где этот материал остывает без контакта с воздухом и без возгорания. По мере остывания поступившего в камеру 14 ТО термодатчик 25 выдает сигнал на срабатывание клапана 16 или шиберных заслонок 21, 22, посредством которых остывший материал поступает в разгрузочные устройства, например вагонетки 27. Объем камеры 14 должен соответствовать расчетной производительности поворотной камеры пиролиза для обеспечения ее непрерывной работы.Solid carbon-containing wastes, such as wood wastes, used tires, plastic, are crushed into fractions determined by the technological process in the crusher 9 and fed to the loading device 7, from where they are fed through the screw 10 into the cavity of the pyrolysis chamber. The heating of carbon-containing waste occurs as a result of the contact of solid materials with the surface of the heating pipes 4, which are heated due to the passage of the coolant through the chamber 2, the heating pipes 4, from where the coolant enters the exhaust chamber 3. Due to the rotation of the housing 1, the contact of materials with heating surfaces is constantly updated, which intensifies the pyrolysis process by mixing the solid processed material. Due to the high heating temperature, carbon-containing wastes decompose into pyrolysis gas, a liquid fraction and a coked solid residue with mineral and metal components. Pyrolysis gas is discharged through the pipe 13, and hot MOT from the pipe 12 is poured into the lower part of the discharge device 8, where it begins to cool. To increase the operating efficiency, it is advisable that the temperature of the pyrolysis process in the rotary pyrolysis chamber be sufficient to convert the liquid phase to vapor. This allows you to have at the exit of the unloading device 8 TO in dry form, which simplifies its further processing, such as sorting and grinding. Upon reaching the set maintenance level in the unloading device 8, a star valve 15 is turned on by the signal of the level sensor 26, which leads to the movement of hot MOT from the unloading device 8 to the cooling chamber 14, where this material cools without contact with air and without ignition. As the cooling sensor arrives in the chamber 14, the temperature sensor 25 gives a signal to operate the valve 16 or the slide gate valves 21, 22, through which the cooled material enters the unloading devices, for example, trolleys 27. The volume of the chamber 14 must correspond to the design capacity of the rotary pyrolysis chamber to ensure its continuous work.

Работа клапанов 15, 16 и шиберных заслонок 21, 22 в периодическом режиме уменьшает эксплутационные энергозатраты. В целом преимуществом предложенной конструкции поворотной камеры пиролиза является обеспечение возможности непрерывного режима ее работы с исключением возгорания твердого пиролизного остатка при его контакте с воздухом, что значительно повышает производительность и эффективность переработки углеродсодержащих отходов.The operation of the valves 15, 16 and the slide gate valves 21, 22 in periodic mode reduces operational energy consumption. In general, the advantage of the proposed design of the rotary pyrolysis chamber is the possibility of continuous operation with the exception of the ignition of the solid pyrolysis residue when it comes in contact with air, which significantly increases the productivity and efficiency of processing carbon-containing waste.

Claims

1. A rotary pyrolysis chamber for solid waste, containing a cylindrical body with inlet and outlet chambers of a gaseous coolant connected to heating pipes located in its internal space, as well as a loading device and an unloading device provided in the upper part with a pyrolysis gas outlet pipe, characterized in that the unloading device is additionally equipped with an airtight system of accumulation, cooling and unloading of the solid pyrolyzed residue, equipped with an upper and lower lock nodes made in the form of star valves in communication with a cooling chamber connected to the lower part of the discharge device through the upper lock node connected to the level sensor located in the lower part of the discharge device above the upper lock node, while at the outlet of the cooling chamber lower airlock connected to a temperature sensor located in the outlet of the cooling chamber, the volume of which is at least 1.5 times the volume of the lower part on the device, and directly proportional to the productivity of the PTZ camera.

2. The rotary chamber according to claim 1, characterized in that the lower lock assembly is made in the form of an upper and lower slide gate.