Устройство для термической утилизации углеводородсодержащих отходов, оснащенное вихревой камерой сгорания с внутренним пиролизным реактором, и способ его работы

Устройство для термической утилизации углеводородсодержащих отходов, оснащенное вихревой камерой сгорания с внутренним пиролизным реактором, и способ его работы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к теплотехнике, а именно - к универсальным устройствам термической утилизации углеводородсодержащих отходов, оснащенным специальной вихревой камерой сгорания с внутренним пиролизным реактором и вращающимся факелом, может быть использовано для полной термической утилизации любых углеводсодержащих отходов, и способ реализации процесса термической утилизации за счет предварительного пиролизного разложения углеводородсодержащих отходов на пиролизный газ и кокс, что обеспечивает отсутствие отходов, кроме золы, и отходящих газов, и обеспечивает возможность его применения для утилизации, в том числе - коммунальных отходов, отходов птицеводства, ила очистных сооружений, нефтяных и химических отходов с обеспечением минимального выделения токсических веществ, таких как бензпирены, диоксины и фураны. Может найти применение как самостоятельный источник энергообеспечения для различных технологических целей, как-то: получения тепловой энергии, получения электрической энергии, получения тепловой энергии для горячего водоснабжения.

Заявителем выполнен анализ уровня техники в указанной области по доступным базам научно-технической литературы, патентным базам РФ и зарубежным патентным базам по тематике сжигания и пиролиза различных углеводородсодержащих топлив, отходов различного состава, от растительной биомассы до коммунальных и производственных отходов.

В результате проведения предварительного анализа найденных заявителем релевантных документов, заявителем сделаны выводы общего характера о том, что в исследуемой области техники к наиболее применяемым в мире методам термической утилизации относятся два основных вида:

- методы сжигания;

- методы пиролизной переработки.

Основываясь на том, что указанные методы имеют принципиальные отличия между собой как по особенностям конструктивного исполнения, так и по последовательности выполнения технологических операций процессов утилизации, далее заявителем проведен анализ их основных особенностей:

- в отношении конструктивного исполнения с указанием их конструктивных особенностей, преимуществ, недостатков и их причин;

- в отношении особенностей используемых технологических операций, технологических преимуществ и недостатков.

Проведен анализ этих преимуществ и недостатков с выявлением причинно-следственных связей каждого из видов термической утилизации по отдельности, их сопоставление с существенными признаками заявленного технического решения. Указанный анализ представлен заявителем на Фиг. 5, 6, 7, в которых приведены Таблицы 1, 2, 3 соответственно.

В Таблице 1 приведены особенности конструктивного исполнения и особенности используемых способов (методов) сжигания и их детальный анализ.

В Таблице 2 приведены особенности конструктивного исполнения и особенности используемых способов (методов) пиролиза и их детальный анализ.

В Таблице 3 приведен сопоставительный анализ наиболее эффективных способов (методов) сжигания и пиролиза, которые были отобраны заявителем из Таблиц 1 и 2 соответственно для их сопоставления с заявленным техническим решением в отношении как их преимуществ, так и их недостатков с представлением вывода о наличии существенных преимуществ заявленного технического решения по отношению к сопоставляемым методам.

Выводы по Таблице 1:

Исходя из представленной Таблицы 1 (см. Фиг. 5), возможно сделать выводы о том, что во всех приведенных методах имеют место одни и те же общие недостатки, а именно:

- в них осуществляется горение непосредственно отходов;

- происходит неполное сгорание отходов (недогар), требующий дальнейшей утилизации;

- происходит образование экотоксикантов в отходящих газах;

-требуется постоянное использование дополнительного топлива.

Принимая во внимание информацию, указанную в источнике [1] на стр. 62-65 (где приведена информация о сравнении циклонных (вихревых) реакторов с обычно применяемыми камерными и шахтными печами), отмечена их (циклонных реакторов) эффективность и универсальность, которая обуславливается их аэродинамическими особенностями. Практика эксплуатации установок термического обезвреживания жидких отходов с циклонными (вихревыми) реакторами подтвердила их технические и экономические преимущества перед другими типами установок по таким показателям, как:

- удельные массовые нагрузки в циклонных (вихревых) реакторах более чем на порядок выше нагрузок шахтных и камерных печей, что позволило создать малогабаритные устройства;

- снижение капитальных затрат;

- уменьшение эксплуатационных расходов;

- быстрый запуск;

- надежность и долговечность эксплуатации;

- высокая экологическая эффективность, соответствующая самым жестким европейским нормативам, при обезвреживании любых типов органических отходов, содержащих, в том числе, полихлорированные бифенилы (ПХБ), пестициды и другие суперэкотоксиканты.

Выводы по Таблице 2:

Исходя из представленной Таблицы 2, возможно сделать выводы о том, что во всех приведенных методах пиролизной утилизации имеет место одни и те же общие недостатки, а именно (см. Таблицу 2 на Фиг.6):

- высокую трудоёмкость изготовления и сложность организации процесса;

- высокую материалоёмкость;

- сложную систему герметизации;

- высокую взрыво- и пожароопасность;

- закоксование теплопередающих поверхностей;

- большую стоимость в целом и, как следствие, высокую стоимость ремонта и обслуживания.

В силу указанного, известные методы не нашли широкого распространения в сфере промышленного применения.

При рассмотрении информации, указанной в источнике [1] на стр. 62-65 о сравнении различных установок по термической утилизации, видно, что в данном источнике не нашли достаточно широкого и детального отражения пиролизные методы утилизации отходов, анализ их преимуществ и недостатков.

Однако на стр.172 указанного источника (п.5.3.2.) в таблице 5.5. и на чертеже, приведенном на стр. 176, приведена схема установки П23-3В с указанием основных элементов конструкции и материальных потоков, по которой возможно сопоставить её (установку П23-3В) с заявленным техническим решением.

В результате возможно констатировать, что установка совпадает с заявленным техническим решением по некоторым общим конструктивным элементам, а именно - установка оснащена шнековым загрузочным устройством, вращающейся трубной печью, циклоном, камерой дожигания (турабустером), которые выполняют похожие с заявленным техническим решением функции.

Однако заявленное техническое решение обладает более удачной компановкой, в силу чего характеризуется не только простотой конструкции, но и более высокой эффективностью при использовании по назначению, т.к. пиролизный реактор, циклон и камера дожигания скомпонованы в одном конструктивном узле, а именно - во внутренней полости вихревой топки, в результате чего заявленное техническое решение обладает существенными преимуществами перед установкой П23-3В. Указанные преимущества описаны в Таблице 3.

В то же время следует акцентировать внимание на то, что установка П23-3В, являясь сложной, энерго- и материалоемкой, изготовлена в одном экземпляре, при этом отсутствует информация об её эффективности при использовании по назначению.

Основываясь на изложенном, можно сделать следующие выводы о том, что пиролизные методы утилизации в целом, тем не менее, имеют следующие преимущества, которые удалось реализовать в заявленном техническом решении:

- отсутствие прямого горения отходов;

- низкий уровень экотоксикантов в отходящих газах;

- отсутствие дополнительного расхода топлива для обеспечения процесса;

- возможность организации непрерывного процесса;

- возможность утилизации расширенного вида отходов.

Основываясь на выводах, сделанным по Таблицам 1 и 2, представляется возможным сделать выводы о том, что заявителем разработана вихревая топка с внутренним пиролизным реактором и вращающимся факелом для термической утилизации и способ её работы.

Одним из основополагающих технических результатов заявленного технического решения, по мнению заявителя, является возможность минимизации выделения токсических веществ, таких как бензпирены, диоксины и фураны за счёт отсутствия прямого горения отходов в заявленном устройстве, так как заявителю удалось реализовать процесс термохимического разложения отходов на пиролизный газ и кокс во внутреннем пиролизном реакторе, который, в свою очередь, размещен в вихревой топке с вращающимся факелом.

При разработке заявленного технического решения была поставлена группа задач, противоречивых и неразрешённых на дату подачи заявки, заключающаяся в том, что требовалось:

- разработать универсальное устройство для термической утилизации углеводородсодержащих отходов;

- разработать такой способ его работы, который объединял бы в себе одновременно преимущества вихревых топок и пиролизных реакторов, при этом устранял бы максимальное возможное количество их конструктивных и технологических недостатков.

При этом заявленное техническое решение должно быть достаточно простым по конструкции, эффективным при использовании по назначению и должно соответствовать жёстким экологическим требованиям российских и европейских руководящих документов по составу выбросов в атмосферу.

На Фиг. 7 заявителем приведена Таблица 3 сопоставления выбранных заявителем наиболее эффективных (устройств и способов) вихревых топок из Таблицы 1, пиролизных реакторов из Таблицы 2 и заявленного технического решения.

Выводы:

Основываясь на результатах анализа, приведенного в Таблице 3 (см. Фиг.7) представляется возможность сделать выводы о том, что в заявленном техническом решении заявителю удалось сохранить все преимущества сопоставляемых методов сжигания и пиролиза с одновременным устранением или минимизацией всех их недостатков, создать универсальное устройство и способ его работы, которое объединило в себе преимущества вихревых топок и пиролизных реакторов и одновременно устранило или минимизировало все имеющиеся у них недостатки.

Указанные цели достигнуты заявителем не методом обычного проектирования, а с использованием творческого подхода, а именно - за счет удачной и эффективной компоновки конструктивных элементов, известных как таковых из уровня техники, и технологических подходов.

Более конкретно, заявленные технические результаты достигнуты за счет соосного размещения во внутренней цилиндрической полости вихревой топки перфорированного пиролизного реактора, во внутренней полости которого (реактора) размещены мелющие тела-теплоносители.

При создании заявленного технического решения заявителю удалось разрешить, казалось бы, неразрешимые проблемы, а именно - организовать процесс термического разложения отходов на заявленном устройстве таким образом, что удалось реализовать изоляцию пиролизного реактора от кислорода воздуха без применения механических средств, т.к. в качестве изолирующей среды заявителем использовано вихревое пламя, состоящее из продуктов окисления пиролизного газа, которое (вихревое пламя), в свою очередь, при его тангенциальном движении в пространстве вихревой топки охватывает пиролизный реактор, тем самым предотвращая возможность поступления кислорода воздуха в пиролизный реактор.

Далее заявителем приведено более подробное описание реализации способа работы заявленного технического решения.

Отходы подают шнековым питателем в полость предварительно нагретого пусковой горелкой вращающегося пиролизного реактора, соосно размещенного в вихревом реакторе. В пиролизном реакторе под воздействием высокой температуры отходы разлагаются на газ и кокс соответственно, создавая тем самым избыточное давление, что препятствует возможности проникновению кислорода воздуха в него (пиролизный реактор) из зоны тангенциальной подачи первичного воздуха.

Пиролизный газ, выходящий преимущественно перед пиролизным реактором в зону тангенциальной подачи предварительно нагретого первичного воздуха, самовозгорается, образуя в полости топки вихрь пламени, который, тангенциально охватывая и двигаясь вокруг корпуса пиролизного реактора, выполняет функцию устройства, изолирующего пиролизный реактор от кислорода воздуха (без фактического наличия такового устройства). Таким образом создаётся герметизация пиролизного реактора, как бы уплотнение, которое препятствует проникновению кислорода воздуха также и из зоны тангенциальной подачи вторичного воздуха в пиролизный реактор.

При этом коксовый остаток, образующийся в пиролизном реакторе, подвергается измельчению мелющими телами-теплоносителями и выносится пиролизными газами через перфорацию корпуса пиролизного реактора на периферию, а именно - попадает в вихрь пламени, вращающийся тангенциально в полости вихревой топки, тем самым обеспечивая дополнительное увеличение его (вихревого пламени) температуру, в результате чего обеспечивается полное сгорание измельчённого кокса в топочном пространстве вихревой топки.

Принимая во внимание указанное, представляется возможным констатировать факт того, что заявителю удалось преодолеть казалось бы неразрешимые на дату подачи заявки противоречия, а именно - удалось обеспечить за счёт удачной компоновки в одном устройстве заявленной совокупности признаков заявленного устройства и организации заявленного способа.

Заявителем обеспечена возможность совместить преимущества вихревой топки с преимуществами пиролизного реактора. Таким образом достигнуты требуемые показатели по экологичности, технологичности, экономичности, эффективности использования по назначению при одновременном сохранении простоты конструкции заявленного устройства за счёт размещения пиролизного реактора во внутреннем пространстве вихревой топки и решения ряда задач, обеспечивающих возможность работы пиролизного реактора внутри вихревой топки без использования технических конструктивных средств герметизации собственно пиролизного реактора.

При этом заявителю удалось существенно, не усложняя заявленную конструкцию, устранить основополагающие недостатки как методов сжигания, так и методов пиролизной утилизации отходов только за счёт применения способа герметизации пиролизного реактора посредством применения вихревого пламени, охватывающего пиролизный реактор, которое (вихревое пламя) в заявленной конструкции выполняет функцию герметизатора пиролизного реактора.

При этом заявителем не выявлена информация об известности технических решений, которое бы совмещали в себе одновременно конструктивные особенности устройств и принципы термического разложения (способы), одновременного сжигания и пиролиза, реализованные в одном техническом устройстве.

Заявитель считает, что следует акцентировать внимание на том, что в заявленном техническом решении удалось исключить возможность взрыва или непроизвольного возгорания содержимого пиролизного реактора, т.к. в заявленном техническом решении направление выхода пиролизного газа организовано исключительно в топочное пространство вихревой топки, которое не оснащено средствами механической герметизации пиролизного реактора, однако при этом функция герметизации пиролизного реактора присутствует.

Характерной особенностью заявленного технического решения является то, что после вывода заявленного технического решения на требуемые температурные режимы далее не требуется использования дополнительного топлива для продолжения процесса утилизации углеродсодержащих отходов, в отличие от известных аналогов.

Принимая во внимание то, что заявленное техническое решение относится к теплотехнике, а именно - к универсальным устройствам для термической утилизации углеродсодержащих отходов, оснащенным вихревой топкой с внутренним пиролизным реактором и вращающимся вихревым пламенем для сжигания любых углеводсодержащих отходов, у заявленного технического решения имеется возможность использования (применения) для утилизации широкого спектра отходов, в том числе коммунальных отходов, отходов птицеводства, ила очистных сооружений, нефтяных и химических отходов с обеспечением минимального (соответствующего директивам ЕС) выделения токсических веществ, таких как бензпирены, диоксины и фураны.

Далее заявителем проведен анализ выявленного на дату представления заявочных материалов уровня техники в заявленной области техники.

Из исследованного заявителем уровня техники выявлено изобретение по патенту РФ №2126932 «Вихревая топка», изобретение относится к организации сжигания твердого топлива, преимущественно фрезерного торфа, древесных и растительных отходов, и может использоваться в промышленных котлах. Сущность известного технического решения состоит в том, что вихревая топка содержит вертикальную вихревую камеру сгорания с газовыпускным окном, отбойный уступ, тангенциальные сопла, дополнительную решетку или зола выпускное отверстие, причем дно камеры выполнено с углом наклона в 10-50 градусов к дожигательной решетке, над которой расположено тангенциальное сопло.

Конструктивными недостатками известного технического решения являются:

- низкая экономичность топки, т.к. предназначена для сжигания в основном растительных отходов и торфа;

- высокое количество дымовых газов, т.к. частицы топлива, имеющие малый размер и массу, двигаются по различным траекториям, легкие частицы топлива и мелкой золы уносятся вместе с дымовыми газами через газовыпускное окно;

- повышенное количество золы, т.к. конструкция топки содержит застойные зоны (например, до и после отбойного выступа), в которых скапливается зола с частицами несгоревшего топлива.

Из конструктивных недостатков вытекают и его технологические недостатки, а именно - низкая эффективность использования по назначению в силу конструктивных особенностей.

Из исследованного заявителем уровня техники выявлено техническое решение  «Способ работы топки» по а.с. СССР № 483559 А1, F23C 5/12 (2000.01). Сущностью известного технического решения является способ работы топки, с установленными в верхней части горелкой и в нижней части соплом для подачи вторичного воздуха, путем создания горизонтального вихревого потока, отличающийся тем, что с целью оптимизации режима работы на различных видах топлива, изменяют соотношение скоростных характеристик потоков, выходящих из горелки и сопла для обеспечения заданного распределения топлива по высоте топки.

Недостатком известного устройства является большие затраты на подготовку топливной - воздушной смеси, ограничение по виду сжигаемого материала, т.к. предназначено оно преимущественно для сжигания измельченных торфа и отходов древесины, при этом устройство не обеспечивает возможность сжигания большинства отходов, ему свойственна высокая степень эрозионного износа стенок топки вследствие того, что на стенки воздействуют потоки воздуха, выходящего из сопла и содержащего в нем мелкие, твердые частички топлива, ведущие себя как абразивный материал, что приводит к эрозионному разрушению стенок топки. Указанные недостатки топки не обеспечивают возможность эффективного сжигания отходов, содержащих широкий спектр различных углеводородов.

Из исследованного заявителем уровня техники выявлено изобретение по патенту US5282431 (A), B09B3 / 00, C10B53 / 00, C10J3 / 02, C10J3 / 06, процесс предоставления полезных продуктов утилизации. Сущностью является способ получения пригодных для использования продуктов утилизации всех видов, включая несортированные и необработанные промышленные, бытовые и специальные мусор, содержащие случайные загрязняющие вещества в твердой и жидкой форме, а также обломки промышленных продуктов, в которых удаляемые продукты подвергаются высокотемпературному действию, приводящему к термическому разделению и конверсии материала, сопровождающимся максимальным использованием энергии полученных твердых остатков, которые превращаются в высокотемпературный расплав, причем способ включает в себя этапы: прессование периодических продуктов утилизации и сопутствующих увлеченных жидких фракций при сохранении его смешанной и комбинированной структуры в компактные упаковки, введение компактных упаковок в канал, нагретый до 100°С, компактные упаковки имеют форму поперечного сечения, соответствующую каналу для поддержания давления на стадии сжатия, хранение компактных упаковок изделий в скользящем, фрикционном контакте со стенками канала до тех пор, пока первоначально текущие жидкости не испаряются, и устраняются присущие механическим восстанавливающим силам отдельные компоненты продукта утилизации, и до тех пор, пока увлеченные органические компоненты не будут, по меньшей мере, частично восприняты связующей функцией, которая поддерживает продукты утилизации в форме комковатого твердого конгломерата, и экструдирование формы комковатого твердого конгломерата структурно стабильным образом из канала в этом состоянии в высокотемпературный реактор, хранящийся по всему объему, по меньшей мере, на 1000 ºC.

Плавление твердых фрагментов с высокотемпературной реакцией внутри реактора 4 предпочтительно происходит при температурах около 2000 ºC или выше. Эти температуры происходят во время газификации углерода, сопровождающейся добавлением кислорода. В зоне плавления высокотемпературного реактора ниже неподвижного слоя расплавляются неорганические составляющие, то есть все стекла, металлы и другие минералы. Часть тяжелых металлов, содержащихся в твердых веществах, происходит в элементарной форме в восстановительной атмосфере, а другая часть может образовывать сплавы с другими компонентами расплава. Расплавленная форма сбрасывается и необязательно может быть фракционирована.

Изобретение, в частности, относится к такому способу, в котором высокотемпературное действие обеспечивает термическое разделение или преобразование материала, сопровождающееся максимальным использованием энергии полученных твердых остатков, которые превращаются в высокотемпературный расплав.

Недостатками известного способа являются: высокая стоимостью оборудования, высокая энергоёмкость, сложность организации процесса и как следствие низкая эффективность при использовании по назначению, недостатки способа обуславливают сложность используемого оборудования.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлена полезная модель по патенту РФ на полезную модель №133587 «Газогенератор». Сущностью является газогенератор, содержащий корпус с кольцеобразной камерой газификации, топку и колосниковую решетку, которая имеет возможность вращательного движения, корпус в верхней части имеет патрубок для отвода генераторного газа, отличающийся тем, что в корпусе вертикально расположены загрузочный отсек, под которым расположена топка с размещенной внутри колосниковой решеткой, а в нижней части корпуса размещен воздухозаборник, колосниковая решетка выполнена куполообразной формы и имеет возможность дополнительного поступательного движения, кольцеобразная камера газификации выполнена с наружной и внутренней стенками и расположена вокруг загрузочного отсека с зазором, причем стенки в верхней части камеры замкнуты, а в нижней части камеры ее внутренняя стенка соединена со стенкой загрузочного отсека, а наружная стенка соединена со стенкой воздухозаборника, камера газификации выполнена с возможностью ее охлаждения.

К основным недостаткам следует отнести сложность конструкции и необходимость охлаждения устройства. Известный газогенератор в течение отопительного сезона не обеспечивает надежной его работы, т.к. процесс горения и пиролиза протекает во всей массе твердого топлива, нагревая стенки камеры газификации, а их охлаждение приводит к зарастанию стенок камеры газификации продуктами неполного сгорания, уменьшая полезный объем. Это требует регулярной остановки газогенератора для очистки его элементов.

Кроме указанного недостатком является сложность конструкции, предназначение – предназначено исключительно для сжигания пеллет, изготовленых из древесных отходов, из которых получают генераторный газ для вывода его к потребителю, при этом для работы устройства требуется постоянное перемешивание пеллет и охлаждение камеры газификации.

Недостатки известного устройства в отношении применяемого способа обусловлены его конструктивными особенностями, т.к. газификатор требует достаточно сложной организации процесса газификации пеллет.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту РФ №2417339, F23G 5/02 (2006.01) «Способ и устройство организации горения топлива и центробежная камера сгорания». Сущностью является  центробежная камера сгорания роторного типа, содержащая проницаемый пористый ротор, установленный в корпусе-улитке на валу с возможностью вращения от привода, коллекторы подвода топлива и воздуха, и отвода продуктов сгорания и рабочей среды, отличающаяся тем, что ротор выполнен в виде открытого с одного торца полого цилиндра с перфорированными стенками, внутри которого соосно ему установлено проницаемое цилиндрическое кольцо из пористого материала, при этом часть свободного пространства между проницаемым цилиндрическим кольцом и валом заполнена гранулированным пористым наполнителем, ограниченным сетчатым кольцом для возможности размещения между ним и валом топлива, а открытая торцевая поверхность полого цилиндра частично закрыта пластиной в виде диска с центральным отверстием, превышающим диаметр вала для возможности подачи топлива.

Способ организации горения топлива в центробежной камере сгорания роторного типа по любому из пп.1-5, характеризующийся тем, что горение топливовоздушной смеси осуществляют в камере сгорания, частично заполненной гранулированным наполнителем, затем процесс дожигания происходит внутри проницаемого пористого цилиндрического кольца ротора, при вращении которого происходит подсос воздуха.

Таким образом, известное изобретение относится к системам сжигания горючих материалов и топлив с целью получения тепла, а также утилизации отходов и может быть использовано в энергетике, теплотехнике, металлургии и в экологических целях. Центробежная камера сгорания роторного типа содержит проницаемый пористый ротор, установленный в корпусе-улитке на валу с возможностью вращения от привода, коллекторы подвода топлива и воздуха и отвода продуктов сгорания и рабочей среды. Ротор выполнен в виде открытого, с одного торца, полого цилиндра с перфорированными стенками, внутри которого, соосно ему, установлено проницаемое цилиндрическое кольцо из пористого материала, при этом часть свободного пространства между проницаемым цилиндрическим кольцом и валом заполнена гранулированным пористым наполнителем, ограниченным сетчатым кольцом для возможности размещения между ним и валом топлива, а открытая торцевая поверхность полого цилиндра частично закрыта пластиной в виде диска с центральным отверстием, превышающим диаметр вала для возможности подачи топлива. В изобретении также описан способ организации горения топлива в центробежной камере сгорания роторного типа. Техническим результатом является повышение полноты сгорания топлива, уменьшение концентрации вредных продуктов сгорания.

Конструктивными недостатками известного изобретения являются:

- сложность конструктивного исполнения;

- низкая надежность в работе в силу сложности конструкции.

Недостатками в отношении используемого способа является низкая технологичность устройства, т.к. при работе центробежной камеры сгорания роторного типа имеется возможность зашлаковывания гранулированного наполнителя и пористого кольца, в виду отсутствия подвижности наполнителя, прижимаемого к пористому кольцу центробежными силами.

Указанные недостатки ограничивают область применения известного технического решения в отношении возможности использования для сжигания углеродсодержащих отходов, т.к. происходит зашлаковывание гранулированного наполнителя и пористого кольца, что приводит к выходу из строя устройства.

Из исследованного уровня техники выявлено техническое решение, по патенту FR №2858570 (A1), запатентованный также в РФ как патент-аналог РФ №2381081 B09B 3/00 (2006.01),F23G 5/027 (2006.01), совпадающее с заявленным техническим решением по принципу работы (пиролиза с использованием шаров) и собственно пиролизным реактором, в котором обрабатываются опасные отходы без доступа воздуха в стационарной или вращающейся камере. Сущностью является способ термической обработки органических отходов и установка для термической обработки органических отходов, способ термической обработки органических отходов, включающий нагревание их в стационарной или вращающейся печи - печи для термолиза при использовании в качестве средства нагрева предварительно нагретых гранул, отличающийся тем, что термическую обработку осуществляют в атмосфере без содержания кислорода, а в качестве указанных гранул используют подаваемые в печь одновременно с отходами и смешиваемые с ними стальные шарики, причем стальные шарики вводят в печь с температурой 600-1100°С, а выводят с температурой 500-850 °С. Установка для термической обработки органических отходов, содержащая, по меньшей мере, одну стационарную или вращающуюся печь - печь термолиза, в которой перемещаются отходы во время их обработки, средства для снабжения печи отходами, средства для извлечения летучих продуктов, образующихся при указанной обработке, средства для удаления твердых остатков после обработки и средство для нагрева массы отходов, отличающаяся тем, что средство для нагрева массы отходов состоит из стальных шариков, предварительно нагретых в печи, являющейся наружной по отношению к печи для термолиза, до температуры 600-1100 °С, которые перемещаются в печи вместе с обрабатываемыми отходами и выводятся из печи при температуре 500-850 °С, предусмотрены устройства для снабжения печи нагретыми шариками, для их извлечения на выходе из печи, для циркуляции шариков, печь для нагрева шариков, при этом все барабаны или шлюзы для ввода или вывода материалов и все вращающиеся элементы выполнены с исключением любого доступа воздуха в установку.

Изобретение предназначено исключительно для термолиза, идея переработки заключается в том, что обрабатываются опасные отходы посредством химического разложения органического вещества (опасных отходов) нагревом без доступа воздуха независимо от его жидкого, пастообразного или твердого состояния. Он (термолиз) проводится непрерывно или периодически с нагревом органического вещества до температуры от 400 до 700 °С, даже до 1100 °С в том случае, когда требуется обработать опасные отходы без доступа воздуха в стационарной или вращающейся камере.

Недостатками указанного изобретения в отношении конструкции являются сложность конструктивного исполнения, необходимость использования стальных шариков, которые следует предварительно нагревать, в устройстве для нагрева шариков, перемещении шариков в печь термолиза, у конструкции предусмотрено отдельное сложное устройство для их перемещения во внутрь реактора, устройство для их извлечения на выходе из реактора, при этом барабаны или шлюзы для ввода или вывода материалов и все вращающиеся элементы выполнены герметично, с исключением любого доступа воздуха в установку, что является технически и технологически сложным в исполнении, весьма энергозатратным и, как следствие, достаточно дорогостоящим при использовании по назначению. Кроме указанного, заявителем не выявлена информация о положительном опыте использования известного изобретения по назначению в силу имеющихся существенных недостатков. Недостатками указанного изобретения в отношении используемого способа является сложность организации способа термолиза, обусловленная сложностью используемой конструкции.

В силу указанного известное техническое решение невозможно использовать для полной термической утилизации любых углеводсодержащих топлив процесса термической утилизации за счет предварительного пиролизного разложения углеводородсодержащих отходов на пиролизный газ и кокс, т.к. указанное изобретение направлено на получение пиролизного газа и кокса, которые требуют дальнейшей переработки (утилизации), в то время как заявленное техническое решение обладает возможностью получать тепловую энергию, которую можно использовать для нужд с получением в сухом остатке золы и отходящих газов, содержащих минимальное количество токсичных элементов.

Основываясь на изложенном выше анализе существующего уровня техники, принимая во внимание, что из исследованного уровня техники заявителю не удалось выбрать наиболее близкий аналог, который целесообразно выбрать в качестве наиболее близкого аналога - прототипа, в силу того, что из исследованного уровня техники заявителем не выявлено известного технического решения, обладающего заявленной совокупностью признаков устройства и способа, обеспечивающего реализацию поставленных в заявленном технических результатов (целей), формула заявленного технического решения сформулирована заявителем без разделения на ограничительную и отличительную части, в виде перечисления существенных признаков заявленного устройства и способа.

Целью заявленного технического решения является устранение недостатков аналогов выбранных заявителем как из области вихревых топок, так и из области пиролизных реакторов, а именно;

1 - упрощение конструкции;

2 - повышение надежности в работе;

3- повышение технологичности работы при термической утилизации различных углеводородсодержащих отходов;

4 - снижение содержания токсических веществ в газовых выбросов атмосферу;

5 - снижение взрыво- и пожароопасности;

6 - повышение ремонтоспособности;

7 - организация утилизации отходов в непрерывном режиме;

8 - исключение необходимости постоянного подвода энергоносителей для непрерывной утилизации отходов;

9 - организация возможности утилизации широкого спектра отходов;

10 - обеспечение возможности плавного регулирования тепловой мощности устройства утилизации отходов;

11 - минимизация получения твёрдых отходов, требующих последующей утилизации.

Техническим результатом заявленного технического решения является упрощение конструкции, повышение надежности в работе, повышение технологичности работы при термической утилизации различных углеводородсодержащих отходов, снижение содержания токсических веществ в отходящих газах. Технический результат достигается за счет возможности минимизации выделения токсических веществ, таких как бензпирены, диоксины и фураны за счёт отсутствия прямого горения отходов в заявленном устройстве, так как заявителю удалось реализовать процесс термохимического разложения отходов на пиролизный газ и кокс во внутреннем пиролизном реакторе, который, в свою очередь, размещен в вихревой топке с вращающимся факелом.

Заявленное техническое решение поясняется следующими материалами:

На Фиг.1 общий вид основного рабочего элемента вихревой топки с пиролизным реактором и вращающимся факелом заявленного устройства.

На Фиг.2. представлена конструкция опытного образца заявленного устройства в сборе.

На Фиг.3 представлено сечение по Б-Б на Фиг.1 заявленного устройства с указанием направления движения материальных потоков.

На Фиг.4 представлено сечение по А-А на Фиг.2 заявленного устройства с указанием направления движения материальных потоков.

На Фиг.5 представлена Таблица 1, на которой приведены особенности конструктивного исполнения и особенности используемых способов (методов) сжигания и их детальный анализ.

На Фиг.6 представлена Таблица 2, в которой приведены особенности конструктивного исполнения и особенности используемых способов (методов) пиролиза и их детальный анализ.

На Фиг.7 представлена Таблица 3, в которой приведен сопоставительный анализ наиболее эффективных способов (методов) сжигания и пиролиза,