close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5430

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5430
(13) C1
(19)
7
(51) C 08J 11/00, 11/14,
(12)
B 09B 5/00
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ЛОМА
(21) Номер заявки: a 19990241
(22) 1999.03.16
(46) 2003.09.30
(71) Заявители: Учреждение Белорусского
государственного университета "Научно-исследовательский институт
физико-химических проблем"; Государственное научное учреждение
"Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Журавский Геннадий Иванович; Гребеньков Анатолий Жоресович;
Дроздов Владимир Николаевич; Рахманов Сергей Кимович; Ивашкевич Олег
Анатольевич; Корзун Георгий Михайлович (BY); Аристархов Дмитрий Викторович (RU)
(73) Патентообладатели: Учреждение Белорусского государственного университета
"Научно-исследовательский институт
физико-химических проблем"; Государственное научное учреждение "Институт тепло- и массообмена имени
А.В. Лыкова Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
BY 5430 C1
(57)
1. Способ переработки радиоэлектронного лома, включающий подачу в реактор лома и
паровоздушного теплоносителя, термическое разложение лома, вывод из реактора твердых и
газообразных продуктов разложения, их охлаждение, конденсацию газообразных продуктов,
рециркуляцию водяного пара в реактор и сжигание неконденсирующихся газов, отличающийся тем, что твердые продукты разложения охлаждают до температуры Т = 100 ÷ 150 °C
BY 5430 C1
путем фильтрации паровоздушного теплоносителя, газообразные продукты разложения предварительно охлаждают до Т = 200 ÷ 380 °C путем теплообмена с теплоносителем, в качестве
одного из компонентов которого используют парогазовую смесь, образованную в результате
фильтрации, а затем охлаждают до Т = 100 ÷ 105 °C потоком воздуха с последующей конденсацией, при этом в том случае, если процентное содержание неконденсирующихся газов, полученных в результате разложения, не превышает заданную величину, парогазовую смесь,
полученную в результате конденсации после охлаждения до Т = 100 ÷ 105 °C, используют
при теплообмене в качестве другого компонента паровоздушного теплоносителя, который
затем рециркулируют в реактор.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество циклов рециркуляции паровоздушного теплоносителя устанавливают в пределах 1 ÷ 4.
(56)
Алексеев Г.М. и др. Индустриальные методы санитарной очистки городов. - Ленинград: Стройиздат, 1983. - С.14-15.
RU 94044283 A1, 1994.
Изобретение относится к технологии переработки радиоэлектронных и радиотехнических промышленных и бытовых отходов и может быть использовано в промышленности
по переработке отходов, а также в цветной металлургии.
Известен способ переработки отходов, согласно которому отходы подают в реактор,
где их подвергают термическому разложению с образованием газообразных и твердых
продуктов в потоке предварительно подогретого до 1000 °С воздуха. Газообразные продукты выводят из реактора и сжигают, а продукты сгорания используют для подогрева
воздуха в теплообменнике (регенерационной колонне). Твердые продукты выводят из реактора в охлаждаемый сборник [1].
К недостаткам данного способа следует отнести высокую температуру процесса,
большие выбросы вредных газообразных продуктов в окружающую среду.
Известен способ переработки смеси отходов пластмасс, согласно которому отходы
расплавляют потоком горячего газа, а расплав подвергают термическому разложению в
слое дисперсного материала при Т = 400 ÷ 500 °С. Из газообразных продуктов разложения
путем охлаждения выделяют конденсат [2].
К недостаткам данного способа следует отнести большие выбросы вредных газообразных продуктов в окружающую среду, высокую энергоемкость процесса.
Наиболее близким к изобретению является принятый нами за прототип способ переработки отходов, заключающийся в том, что отходы подают в реактор в смеси с углем, а в
нижнюю часть реактора вдувают паровоздушную смесь. Твердые продукты охлаждают
паровоздушной смесью и через водяной затвор выводят из реактора.
Газообразные продукты отводят из верхней и центральной части реактора в виде двух потоков, и после охлаждения, выделения конденсата (смола и вода), очистки от пыли оба газовых
потока объединяют и используют как продуктовый газ. Смолу отделяют от воды и вместе с газом сжигают в котельной, воду испаряют в теплообменнике и возвращают в реактор [3].
Недостатками данного способа являются большие выбросы вредных газообразных
продуктов в окружающую среду, высокая энергоемкость процесса переработки отходов,
высокая температура. Что вызывает необходимость использования жаростойких материалов при изготовлении реактора.
Задачей изобретения является уменьшение количества вредных выбросов в окружающую среду и снижение энергоемкости процесса переработки отходов.
Поставленная задача решается тем, что в способе переработки радиоэлектронного лома, включающем подачу в реактор лома и паровоздушного теплоносителя, термическое
2
BY 5430 C1
разложение лома, вывод из реактора твердых и газообразных продуктов разложения, их
охлаждение, конденсацию газообразных продуктов, рециркуляцию водяного пара в реактор и сжигание неконденсирующихся газов, твердые продукты разложения охлаждают до
температуры Т = 100 ÷ 150 °С путем фильтрации паровоздушного теплоносителя, газообразные продукты разложения предварительно охлаждают до Т = 200 ÷ 380 °С путем обмена с
теплоносителем, в качестве одного из компонентов которого используют парогазовую
смесь, образованную в результате фильтрации, а затем охлаждают до Т = 100 ÷ 105 °С потоком воздуха с последующей конденсацией, при этом в том случае, если процентное содержание неконденсирующихся газов, полученных в результате разложения, не превышает
заданную величину, парогазовую смесь, полученную в результате конденсации после охлаждения до Т = 100 ÷ 105 °С, используют при теплообмене в качестве другого компонента
паровоздушного теплоносителя, который затем рециркулируют в реактор. Количество
циклов рециркуляции паровоздушного теплоносителя устанавливают в пределах 1 ÷ 4.
Отличительной особенностью заявляемого способа является то, что конденсат из газообразных продуктов выделяют путем охлаждения их в теплообменнике до Т = 200 ÷ 380 °С рециркулируемым (возвращаемым) в реактор теплоносителем.
Выводимые из реактора газообразные продукты имеют температуру до 500 °С. При
такой температуре из реактора выводится значительное количество тепла, которое необходимо снимать в холодильнике. Целесообразно максимально снижать количество выводимого из реактора тепла, так как это повышает энергетическую эффективность процесса.
Например, при выводе из реактора 1 кг газообразных продуктов при Т = 500 °С выводится
следующее количество тепла:
Qвыв. = Срг⋅Мг⋅∆T = 2 (кДж/кг ⋅°С)⋅1 кг⋅(500 °С-20 °С) = 960 кДж,
где Срг - удельная теплоемкость газообразных продуктов,
Qвыв. - количество выводимого тепла,
∆T - разность температур,
Мг - масса газообразных продуктов.
При выводе из реактора 1 кг газообразных продуктов при Т = 200 °С из реактора выводится 360 кДж тепла.
Отсюда следует, что в реактор может быть возвращено значительное количество тепла 600 кДж/кг.
В предлагаемом изобретении процесс выделения конденсата и процесс возврата тепла
в реактор совмещены и осуществляют это в теплообменнике, где в качестве охлаждающей
среды используют возвращаемый в реактор теплоноситель. Это позволяет (в отличие от
известных схем возврата тепла в реактор) возвращать в реактор не только тепло нагрева
газообразных продуктов, но тепло конденсации выпадающего в теплообменнике конденсата. Это тепло составляет значительную величину. Например, для водяного пара соотношение тепла нагрева до 500 °С и тепла конденсации составляет 1,5, т.е. теплота
конденсации в 1,5 раза больше теплоты нагрева пара до 500 °С.
В качестве одного из компонентов теплоносителя используют водяной пар. Известно, что
водяной пар при атмосферном давлении конденсируется при 100 °С. Таким образом парогазовую смесь энергетически невыгодно охлаждать ниже 100 °С, поскольку в этом случае произойдет конденсация водяного пара и возникнет необходимость отвода большого количества
тепла конденсации, кроме того, для восстановления парогазового теплоносителя потребуется
производство водяного пара в количестве, равном сконденсировавшемуся, а это составит значительные энергетические затраты (см. выше соотношение тепла нагрева и конденсации).
В теплообменнике в результате охлаждения газообразных продуктов выделяют конденсат. При этом газообразные продукты разложения отходов охлаждают до Т = 200÷380 °С.
При охлаждении до более низкой температуры потребуется существенно увеличить расход
теплоносителя (охладителя), в качестве которого используют обратный поток парогазовой
смеси. В то же время количество этой смеси ограничено, поскольку она циркулирует в замк3
BY 5430 C1
нутом контуре. Следовательно, охлаждение до Т < 200 °С приведет к нарушению хода процесса (возникнет необходимость резко увеличить расход охладителя-теплоносителя). Кроме
того, при температурах в диапазоне Т = 200 ÷ 380 °С конденсируются фракции, которые могут быть непосредственно использованы в качестве сырья или топлива.
При охлаждении до более высокой температуры Т > 380 °С также нарушается ход
процесса, поскольку в этом случае рециркулируемый теплоноситель не будет нагрет до
Т = 500 °С из-за недостаточного количества тепла, передаваемого в теплообменнике рециркулируемому теплоносителю, и возникнет необходимость его дополнительного подогрева, что связано с ростом энергозатрат на процесс.
Выделяющийся в теплообменнике конденсат накапливают в сепараторе, парогазовую
смесь (пар и неконденсирующийся газ) подают в калорифер, где эту смесь охлаждают до
Т = 100 ÷ 105 °С путем теплообмена с воздушным потоком. Охлаждение смеси ниже
100 °С приводит к конденсации водяного пара в сепараторе, в результате чего будет потеряна часть теплоносителя, а образующийся конденсат будет увлажнен и возникнет необходимость удаления влаги из конденсата, что потребует дополнительных энергозатрат на
осушку конденсата.
Охлаждение до Т > 105 °С приведет к тому, что значительная часть конденсата не будет выделена в калорифере, поскольку при Т > 105 °С возрастает количество испаряющихся фракций конденсата (легких фракций). В результате парогазовая смесь обогатится
легкими фракциями конденсата, что приведет к потере части конденсата и возникновению
взрывоопасной смеси, возвращаемой в реактор.
Парогазовую смесь из сепаратора подают в газодувку и часть в накопитель твердых
продуктов. В накопителе твердых продуктов парогазовую смесь нагревают до Т = 500 °С
путем фильтрации парогазовой смеси через твердые продукты разложения отходов.
При выводе из реактора твердых продуктов разложения выводится и значительная часть
тепла, которое целесообразно (энергетически выгодно) вернуть в реактор, что и осуществляют
путем пропускания части парогазовой смеси через накопитель с твердыми отходами.
Отличительной особенностью заявляемого способа является то, что газообразные
продукты после выделения конденсата используют в качестве теплоносителя. Поскольку в
составе газообразных продуктов имеется водяной пар, то охлаждать их до Т < 100 °С нецелесообразно, т.к. в этом случае произойдет конденсация водяного пара.
Отличительной особенностью заявляемого способа является то, что количество циклов рециркуляции теплоносителя устанавливают в пределах 1 ÷ 4.
Это связано с тем, что существуют отходы, которые практически полностью разлагаются без образования твердого остатка. В этом случае образующиеся газообразные продукты содержат большое количество неконденсирующихся газов и малое количество
водяного пара. Неконденсирующиеся газы - это метан, этан, пропан, пропилен и др. Их
содержание в теплоносителе необходимо ограничивать определенными пределами, в которых исключено взрывоопасное возгорание смеси. Поскольку неконденсирующиеся газы
накапливаются в парогазовой смеси в процессе ее рециркуляции, то существует определенное число допустимого возврата теплоносителя в реактор. Минимально возможное число возврата составляет 1 раз, т.е. 1 цикл. Максимально возможное число возврата в реактор
определится так: Nвозвpaтa = Сдоп./Снакопл., где Сдоп. - предельно допустимая концентрация газов в парогазовой смеси; Снакопл. - накопление газов в смеси за один цикл рециркуляции.
При термическом разложении органических составляющих радиоэлектронных отходов
минимальное количество образования неконденсирующихся газов составляет 4 мас. %.
Предельно допустимая концентрация газов в парогазовой смеси, при которой не может произойти взрывообразное возгорание смеси, составляет 16,7 мас. %.
Отсюда следует, что предельное количество циклов рециркуляции теплоносителя составляет 16,7/4 = 4.
4
BY 5430 C1
На чертеже приведен общий вид устройства, на котором реализуют способ переработки электронного лома.
В реактор 1 через шлюзовой затвор 2 загружают радиоэлектронный лом 3. От парогенератора 4 через краны 5 и 6 в газодувку 7 подают водяной пар. Давление пара на входе в
газодувку контролируют по показаниям датчика давления 8 и устанавливают это давление
выше атмосферного, чтобы исключить подсос воздуха в газодувку и избежать образования взрывоопасной смеси в реакторе 1. От газодувки 7 через кран 9 на вход теплообменника 10 подают водяной пар и наблюдают за температурой в теплообменнике 10 по
показаниям датчика 11. Из теплообменника 10 через кран 12 в пароперегреватель со спиральным паропроводом 13 подают водяной пар. Пар течет по спиральному паропроводу
сверху вниз и перегревается. Одновременно от пароперегревателя 13 происходит разогрев
отходов. Пар через форсунки 14 попадает в реактор 1 и течет через слой отходов. Отходы
нагреваются, и происходит их термическое разложение на твердые и газообразные продукты. За температурой в реакторе наблюдают по показаниям датчика температуры 15.
В случае роста температуры выше 500 °С (при Т > 500 °С нарушается ход процесса)
уменьшают расход пара краном 12 и снижают электрическую мощность, подводимую к
пароперегревателю 13. В случае падения температуры ниже 360 °С (прекращается термическое разложение) увеличивают мощность, подводимую к пароперегревателю 13, и краном 12 увеличивают количество пара, подаваемого в реактор 1.
Отходы (радиоэлектронный лом) нагреваются до Т = 360 ÷ 500 °С, и происходит их
термическое разложение на твердые и газообразные продукты. Газообразные продукты
выводят из реактора 1 через кран 16 в теплообменник 10. Одновременно твердые продукты разложения с помощью шнекового транспортера 17, приводимого во вращение двигателем 18 с регулируемым числом оборотов, выводят в накопитель 19. Твердые продукты
выводят из реактора 1 при Т = 500 °С и поэтому их необходимо охлаждать до
Т = 100 ÷ 150 °С.
Такой температурный диапазон необходим во избежание конденсации пара и увлажнения твердых продуктов (Т ≥ 100 °С) и для того, чтобы исключить возгорание твердых
продуктов (Т ≤ 150 °С) при их выводе из накопителя через шнек 20 с двигателем 21 в окружающую среду.
Одновременно с выводом твердых продуктов в накопитель 19 с помощью крана 9 распределяют поток пара, идущий от газодувки 7, таким образом, что часть пара поступает в
накопитель 19, а другая - на вход в теплообменник 10. Пар фильтруется через твердые
продукты разложения, охлаждает их, а сам нагревается. За температурой твердых продуктов наблюдают по показаниям датчика 22. Регулируя краном 9 подачу пара в накопитель
19, устанавливают температуру выхода твердых продуктов в диапазоне Т = 100 ÷ 150 °С.
Профильтровавшийся через твердые продукты разложения пар через кран 23 подают на
вход в теплообменник 10. На входе в теплообменник 10 происходит смешивание двух потоков: пара с Т = 100 ÷ 105 °С (подается от газодувки 7 через кран 9 на вход в теплообменник
10) и парогазовой смеси с Т = 500 °С, поступающей из накопителя 19 через кран 23.
Температура пара Т = 100 °С обусловлена тем, что при более низкой температуре пар
конденсируется, а Т = 105 °С обусловлена тем, что при более высокой температуре резко
возрастает количество неконденсирующегося газа (газообразных продуктов разложения),
что увеличивает содержание газа в парогазовой смеси (повышает взрывоопасность), а
также приводит к потерям конденсата (часть газообразных продуктов не конденсируется).
Температура образовавшейся смеси не должна быть большей 380 °С, поскольку при
Т > 380 °С невозможно охладить газообразные продукты до Т = 380 °С (выходят из реактора в теплообменник 10).
В теплообменнике 10 в результате теплообмена между газообразными продуктами,
выводимыми из реактора 1, и парогазовой смесью происходит охлаждение газообразных
продуктов до Т = 200 ÷ 380 °С. Такой температурный диапазон обусловлен тем, что выше
5
BY 5430 C1
380 °С практически прекращается конденсация газообразных продуктов разложения пластмассовых отходов и поэтому при Т > 380 °С не может быть выделен конденсат. При
Т < 200 °С резко падает количество выпадающего конденсата, т.е. основная масса конденсата выпадает в диапазоне 200 ÷ 380 °С. В результате охлаждения газообразных продуктов до
Т = 200 ÷ 380 °С в теплообменнике выпадает конденсат и остается неконденсирующаяся
смесь.
Парогазовая смесь в теплообменнике 10 нагревается до Т = 500 °С, и ее через кран 12
подают в реактор 1.
Смесь конденсата и неконденсирующийся газ из теплообменника 10 подают в сепаратор 24, где происходит отделение конденсата и последующая его подача на склад. Газообразные продукты из сепаратора 24 подают в калорифер 25. При этом за температурой
подаваемых в калорифер газов следят по показаниям датчика 26. В калорифере 25 потоком воздуха, создаваемым вентилятором 27, охлаждают газообразные продукты до
Т = 100 ÷ 105 °С. В результате охлаждения выпадает конденсат. За температурой охлаждения следят по показаниям датчика температуры 28, регулируя расход воздуха (оборотами двигателя вентилятора 27), устанавливают температуру выходящей из калорифера
смеси (парогазовая смесь и конденсат) в пределах Т = 100 ÷ 105 °С. Из калорифера 25
смесь подают в сепаратор 29, где происходит отделение конденсата и последующая подача его на склад. С помощью датчика 33 контролируют содержание газа в парогазовой смеси. В случае если содержание газа больше (равно) 16,7 мас. % (предел взрывоопасности
смеси газа с водяным паром), с помощью крана 30 смесь подают в холодильник 31, а с
помощью крана 5 и 6 на вход газодувки 7 подают водяной пар. В холодильнике 31 смесь
охлаждают потоком воздуха, создаваемым вентилятором 32, в результате чего конденсируется водяной пар и остается неконденсирующийся газ. В сепараторе 34 отделяют конденсат и через фильтр 35 подают в парогенератор для производства водяного пара. Газ с
помощью насоса 36 подают в накопитель 37, из которого газ затем подают в горелку парогенератора и сжигают.
В случае если концентрация газа в парогазовой смеси < 16,7 мас. % на величину ее
роста за один цикл (на 4 мас. %), смесь с помощью крана 30 подают на вход в газодувку 7
и цикл обращения теплоносителя повторяют.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
В реактор 1 через шлюзовой затвор 2 загружают 40 кг/ч отходов (лома) 3. От парогенератора 4 через кран 5 и 6 в газодувку 7 с расходом 40 кг/ч подают водяной пар. Давление пара на входе в газодувку контролируют по показаниям датчика давления 8. От
газодувки 7 через кран 9 на вход в теплообменник 10 подают водяной пар и наблюдают за
температурой в теплообменнике 10 по показаниям датчика 11. Из теплообменника 10 через кран 12 в пароперегреватель со спиральным паропроводом 13 с расходом 40 кг/ч подают водяной пар.
Пар течет по специальному паропроводу сверху вниз и перегревается. Одновременно
от пароперегревателя 13 происходит разогрев отходов. Пар через форсунки 14 попадает в
реактор 1 и течет через слой отходов. Отходы нагреваются, и происходит их термическое
разложение на твердые и газообразные продукты. Пусть при термическом разложении отходов образуется 17 мас. % неконденсирующихся газов, 63 мас. % конденсирующихся газов и 20 мас. % твердых продуктов.
За температурой в реакторе 1 наблюдают по показаниям датчика температуры 15. Газообразные продукты (водяной пар и газообразные продукты разложения) выводят из реактора 1 через кран 16 в теплообменник 10. Одновременно твердые продукты разложения
с помощью шнекового транспортера 17, приводимого во вращение двигателем с регулируемым числом оборотов 18, выводят в накопитель 19 с расходом:
Рт.п. = (40 кг⋅0,20)/3600 с = 2,22⋅10-3 кг/с,
6
BY 5430 C1
где Рт.п. - расход твердых продуктов.
Твердые продукты выводят из реактора 1 при Т = 500 °С и поэтому их необходимо
охлаждать до Т = 100 ÷ 150 °С. Одновременно с выводом твердых продуктов в накопитель
19 с помощью крана 9 распределяют поток пара, идущий от газодувки 7, таким образом,
что часть пара поступает в накопитель 19, а другая часть - на вход в теплообменник 10.
Краном 9 манипулируют так, чтобы температура выводимых твердых продуктов в окружающую среду была Т = 100÷150 °С. За температурой выводимых в окружающую среду
твердых продуктов наблюдают с помощью датчика температуры 22.
Для охлаждения твердых продуктов от Т = 500 °С до Т = 100 °С необходимо отвести
следующее количество тепла:
Qотв.т.п. = 2,22⋅10-3 кг/с⋅(1,2 кДж/кг⋅°С)⋅(500 °C-100 °C) = 1,066 кДж/с = 1,066 кВт,
где Qотв.т.п. - количество отводимого тепла.
Для отвода данного количества тепла потребуется следующее количество пара:
Мпара = (1,066 кДж/с)/((2 кДж/кг⋅°С)⋅(500 °С-100 °С)) = 1,33⋅10-3 кг/с.
Таким образом, в накопитель 19 через кран 9 подают пар с расходом 1,33⋅10-3 кг/с (4,8 кг/ч),
а остальной пар - 35,2 кг/ч через кран 9 подают на вход в теплообменник 10. Профильтровавшийся через твердые продукты пар через кран 23 подают на вход в теплообменник 10.
На входе в теплообменник 10 происходит смешивание двух потоков: пара с Т = 100 °С
(подается от газодувки через кран 9 на вход в теплообменник 10) и парогазовой смеси с
Т = 500 °С, поступающей их накопителя 19 через кран 23 на вход в теплообменник 10.
Температура этой смеси не должна быть больше 380 °С, в противном случае не удастся
охладить газообразные продукты до Т < 380 °С.
В нашем примере температура смеси на входе в теплообменник 10 будет следующей:
Тсмеси = (1,33·10-3 кг/с⋅500 °С + Мпара⋅100 °С)/(Мпара + 1,33⋅10-3 кг/с) = (1,33⋅10-3 кг/с⋅500 °С +
+ 11,11⋅10-3 кг/с⋅100 °С)/(11,11⋅10-3 кг/с + 1,33⋅10-3 кг/с) = 143 °С.
Из реактора 1 в теплообменник 10 выводят газообразные продукты в количестве:
Мг.п. = Мпара + Мп.р. = 40 кг/ч + 40 кг/ч⋅0,8 = 72 кг/ч = 20-10-3 кг/с,
где Мг.п. - масса газообразных продуктов; Мп.р. - масса продуктов разложения.
Газообразные продукты необходимо охладить до Т ≤ 380 °С. В нашем случае количество тепла, которое может быть отведено в теплообменнике 10 парогазовой смесью, составляет величину:
Qотв.п.г.с. = (40 кг/3600 с)⋅2 кДж/кг⋅°С⋅(500 °С-143 °С) = 7,93 кДж/с = 7,93 кВт.
В нашем случае (с учетом 10 % отвода тепла в окружающую среду из теплообменника
10) положим, что количество выпадающего конденсата пропорционально температуре охлаждения газообразных продуктов, т.е.
Мконд. = А⋅(380 °С - Тохл.),
где Мконд. - расход конденсата,
А - количество выпадающего конденсата,
Тохл. - температура охлаждения газообразных продуктов,
А = (40 кг⋅0,63)/(3600 с⋅(380 °С-100 °С)) = 2,5·10-5 кг/с⋅ °С.
Покажем, что парогазовой смеси будет достаточно для охлаждения газообразных продуктов до Т ≤ 380 °С.
Тохл.г.п. = [(72 кг/3600 с)⋅2,2 кДж/кг⋅°С⋅500 °С + А⋅380 °С⋅гк-1,1⋅7,93 кДж/с]/[(72 кг/3600 с)⋅
2,2 кДж/кг⋅°С + А⋅гк] = [22 кДж/с + 5,7 кДж/с-8,72 кДж/с]/[0,044 кДж/с⋅°С + 0,015
кДж/с⋅°] = 321,6 °С,
где Тохл.г.п. - температура охлаждения газообразных продуктов; гк - 600 кДж/кг.
В теплообменнике 10 в результате теплообмена между газообразными продуктами,
выводимыми из реактора 1, и парогазовой смесью происходит охлаждение газообразных
продуктов до Т = 321,6 °С и нагревание парогазовой смеси до Т = 500 °С. Газообразные
продукты в количестве:
7
BY 5430 C1
40 кг/3600 с + (40 кг / 3600 с)⋅0,8-1,46⋅10-3 кг/с = 18,53⋅10-3 кг/с,
и конденсат в количестве 1,46⋅10-3 кг/с из теплообменника 10 попадают в сепаратор 24,
где конденсат отделяют и подают на склад, а газообразные продукты подают в калорифер
25, при этом температуру газообразных продуктов контролируют по показаниям датчика
температуры 26.
В калорифере 25 потоком воздуха, создаваемым вентилятором 27, охлаждают газообразные продукты с Т = 321,6 °С до Т = 100 °С. В результате охлаждения выпадает конденсат в количестве:
Мконд. = [0,63⋅40 кг⋅(380 °С-100 °С)]/[3600 с⋅(380 °С-100 °С)] = 5,54⋅10-3 кг/с,
где Мконд. - расход конденсата.
Суммарное количество конденсата, выпавшего в теплообменнике 10 и калорифере 25,
составит величину:
5,54⋅10-3 кг/с + 1,46⋅10-3 кг/с = 7⋅10-3 кг/с = 25,2 кг/ч,
что составит
(25,2/40)⋅100 % = 63 мас. %.
Количество тепла, которое необходимо отводить в калорифере, составит величину:
Qотв.калор. = 18,53⋅10-3 кг/с⋅2,2 кДж/кг⋅°С⋅(321,6 °С-100 °С) + 5,54⋅10-3 кг/с⋅600 кДж/кг =
= 12,36 кДж/с = 12,36 кВт.
Для отвода такого количества тепла потребуется воздуха:
Рвоздуха = 12,36 кДж/с/(1 кДж/кг⋅°С⋅(60 °С-20 °С)) = 0,31 кг/с,
где Рвоздуха - расход воздуха.
За температурой охлаждения в калорифере наблюдают по показаниям датчика температуры 28. Регулируя расход воздуха (оборотами двигателя), устанавливают температуру
выходящей из калорифера смеси Т = 100 °С. Из калорифера смесь подают в сепаратор 29,
где отделяют конденсат в количестве 5,54⋅10-3 кг/с от парогазовой смеси. Конденсат подают на склад, а парогазовую смесь через кран 30 подают в холодильник 31. За составом
парогазовой смеси следят по показаниям датчика 33.
В нашем случае состав парогазовой смеси следующий:
пар - 40 кг/ч; газ - 6,8 кг/ч;
процентное соотношение - (6,8/46,8)⋅100 % = 14,5 мас. %,
что близко к предельно допустимому значению 16,7 мас. %, а значит, парогазовую смесь
недопустимо использовать повторно и ее следует вывести из системы. Для этого через
кран 30 парогазовую смесь с расходом 46,8 кг/ч подают в холодильник 31, где потоком
воздуха, создаваемым вентилятором 32, смесь охлаждают до конденсации водяного пара
(40 кг/ч). В сепараторе 34 отделяют конденсат и через фильтр 35 подают в парогенератор,
а неконденсирующийся газ (6,8 кг/ч) с помощью насоса подают в накопитель 37, из которого затем подают газ в горелку парогенератора и сжигают.
Таким образом, теплоноситель совершил один цикл. Одновременно с подачей парогазовой смеси в холодильник 31 на вход газодувки от парогенератора 4 через краны 5 и 6 с
расходом 40 кг/ч подают водяной пар, а в реактор 1 загружают 40 кг/ч отходов и процесс
повторяют.
Пример 2.
В реактор 1 через шлюзовой затвор 2 загружают 50 кг отходов (лома) 3. После загрузки отходов от парогенератора 4 через кран 5 и кран 6 в газодувку 7 с расходом 50 кг/ч подают водяной пар. Давление пара на входе в газодувку контролируют по показаниям
датчика 8. От газодувки 7 через кран 9 на вход теплообменника 10 подают водяной пар и
наблюдают за температурой в теплообменнике 10 по показаниям датчика 11. Из теплообменника 10 через кран 12 в пароперегреватель со спиральным паропроводом 13 с расходом 50 кг/ч подают водяной пар. Пар течет по спиральному паропроводу сверху вниз и
перегревается. Одновременно от пароперегревателя 13 происходит разогрев отходов. Отходы нагреваются и происходит их термическое разложение на твердые и газообразные
8
BY 5430 C1
продукты. Пусть при термическом разложении отходов образуется 4 мас. % неконденсирующихся газообразных продуктов, 80 мас. % конденсирующихся газообразных продуктов и 16 мас. % твердых продуктов [3].
За температурой в реакторе 1 наблюдают по показаниям датчика температуры 15. Газообразные продукты (водяной пар и газообразные продукты разложения) выводят из реактора 1 через кран 16 в теплообменник 10. Одновременно твердые продукты разложения
с помощью шнекового транспортера 17, приводимого во вращение двигателем с регулируемым числом оборотов 18, выводят в накопитель 19 с расходом:
Рт.п. = (50 кг⋅0,16)/3600 с = 2,22⋅10-3 кг/с,
где Рт.п. - расход твердых продуктов.
Твердые продукты выводят из реактора 1 при Т = 500 °С и поэтому их необходимо
охлаждать до Т = 100 ÷ 150 °С, чтобы исключить возгорание при выводе их из накопителя
19, с помощью шнекового транспортера 20, приводимого во вращение двигателем 21, в
окружающую среду. Для охлаждения твердых продуктов поступают следующим образом.
Одновременно с выводом твердых продуктов в накопитель 19 с помощью крана 9 распределяют поток пара, идущий от газодувки 7, таким образом, что часть пара поступает в накопитель 19, а другая часть - на вход в теплообменник 10. Краном 9 манипулируют так,
чтобы температура выводимых твердых продуктов в окружающую среду была Т = 150 °С.
За показаниями температуры следят с помощью датчика температуры 22.
Для охлаждения твердых продуктов от Т = 500 °С до Т = 150 °С необходимо отвести
следующее количество тепла:
Qотв.т.п. = 2,22⋅10-3 кг/с⋅1,2 кДж/кг⋅°С⋅(500 °С-150 °С) = 0,932 кДж/с.
Для отвода данного количества тепла потребуется следующее количество пара:
Мпара = (0,932 кДж/с)/((2 кДж/кг⋅°С)⋅(500 °С-105 °С)) = 1,18-10-3 кг/с,
где 2 кДж/кг ·°С - удельная теплоемкость пара, Т = 105 °С - температура пара на входе в
накопитель 19, Т = 500 °С - температура на выходе из накопителя 19.
Таким образом, в накопитель 19 через кран 9 подают пар с расходом 1,18⋅10-3 кг/с
(4,25 кг/ч), а остальной пар - 45,75 кг/ч через кран 9 подают на вход в теплообменник 10.
Профильтровавшийся через твердые продукты пар через кран 23 подают на вход в теплообменник 10. На входе в теплообменник 10 происходит смешивание двух потоков: пара с Т = 105 °С (подается от газодувки через кран 9 прямо на вход в теплообменник 10) и
парогазовой смеси с Т = 500 °С, поступающей их накопителя 19 через кран 23 на вход теплообменника 10. В накопителе 19 смешивается водяной пар и газообразные продукты
разложения, выводимые частично из реактора 1 в накопитель 19 вместе с твердыми продуктами, в результате чего и образуется парогазовая смесь, которую через кран 23 подают
на вход в теплообменник 10.
В результате смешивания двух этих потоков устанавливается определенная температура смеси, за которой наблюдают по показаниям датчика температуры 11.
Температура этой смеси не должна быть больше 380 °С, в противном случае не удастся охладить газообразные продукты до Т = 200 ÷ 380 °С.
В нашем примере температура смеси на входе в теплообменник 10 будет следующей:
Тсмеси = (1,18⋅10-3кг/с⋅500 °С + Мпара⋅105 °С)/(Мпара + 1,18⋅10-3 кг/с) = (1,18⋅10-3 кг/с⋅500 °С +
+ 13,99⋅10-3 кг/с⋅105 °С)/(13,99⋅10-3 кг/с + 1,18⋅10-3 кг/с) = 135,7 °С.
Из реактора 1 в теплообменник 10 выводят газообразные продукты в количестве:
Мг.п. = Мпара + Мп.р. = 50 кг/час + 50 кг/час⋅0,84 = 90 кг/час = 25,5⋅10-3 кг/с.
Газообразные продукты необходимо охладить до Т = 380 °С. При этом потребуется
отвести следующее количество тепла:
Qотв. = (90 кг/3600 с)⋅2,2 кДж/кг⋅°С⋅(500 °С-380 °С) = 6,6 кДж/с.
В нашем случае количество тепла, которое может быть отведено в теплообменнике 10
парогазовой смесью, составляет величину:
9
BY 5430 C1
Qотв.п.г.с. = (50 кг/3600 с)⋅2 кДж/кг⋅°С⋅(500 °С-135,7 °С) = 10,1 кДж/с,
где Qотв.
- количество тепла.
Таким образом, парогазовой смеси будет достаточно, чтобы охладить газообразные
продукты, выводимые из реактора 1 в теплообменник 10.
В нашем случае (с учетом 15 % отвода тепла в окружающую среду из теплообменника
10) положим, что количество выпадающего конденсата пропорционально температуре охлаждения газообразных продуктов, т.е.
Мконд. = А⋅(380 °С-Тохл.),
где А = (50 кг⋅0,8)/(3600 с⋅(380 °С-105 °С)) = 4,04⋅10-5 кг/с⋅°С.
Покажем, что парогазовой смеси будет достаточно для охлаждения газообразных продуктов до Т ≤ 380 °С.
10,1 кДж/с⋅1,15 = (90 кг/3600 с)⋅2,2 кДж/кг⋅°С⋅(500 °С-Тохл.) + А⋅(380 °С-Тохл.)⋅гк.
Отсюда следует:
Тохл. = [(90 кг/3600 с)⋅2,2 кДж/кг⋅°С⋅500 °С + А⋅380 °С⋅гк-1,15⋅10,1 кДж/с]/[(90 кг/3600 с)⋅
⋅2,2 кДж/кг⋅°С + А⋅гк] = [27,5 кДж/с + 9,21 кДж/с-11,62 кДж/с]/[0,055 кДж/с⋅°С +
+ 0,024 кДж/с⋅°] = 317,6 °С,
где Тохл. - температура охлаждения,
гк - 600 кДж/кг.
При охлаждении до Т = 317,6 °С в теплообменнике 10 выпадает следующее количество конденсата:
Мконд. = [0,8⋅50 кг⋅(380 °С-317,6 °С)]/[3600 с⋅(380 °С-105 °С)] = 2,52⋅10-3 кг/с.
В теплообменнике 10 в результате теплообмена между газообразными продуктами,
выводимыми из реактора 1, и парогазовой смесью происходит охлаждение газообразных
продуктов до Т = 317,6 °С и нагревание парогазовой смеси до Т = 500 °С. Газообразные
продукты в количестве 23⋅10-3 кг/с и конденсат в количестве 2,52⋅10-3 кг/с из теплообменника 10 попадают в сепаратор 24, где конденсат отделяют и подают на склад, а газообразные продукты подают в калорифер 25, при этом температуру газообразных продуктов
контролируют по показаниям датчика температуры 26.
В калорифере 25 потоком воздуха, создаваемым вентилятором 27, охлаждают газообразные продукты от Т = 317,6 °С до Т = 105 °С. В результате охлаждения выпадает конденсат в количестве:
Мконд. = [0,8⋅50 кг⋅(317,6 °С-105 °С)]/[3600 с⋅(380 °С-105 °С)] = 8,59⋅10-3 кг/с.
Суммарное количество конденсата, выпавшего в теплообменнике 10 и калорифере 25,
составит величину:
8,59⋅10-3 кг/с + 2,52⋅10-3 кг/с = 11,11⋅10-3 кг/с.
Количество тепла, которое необходимо отводить в калорифере, составит величину:
Qотв.калор. = 23⋅10-3кг/с⋅2,2 кДж/кг⋅ °С⋅(317,6 °С-105 °С) + 8,59⋅10-3кг/с⋅600 кДж/кг = 15,91 кДж/с.
Для отвода такого количества тепла потребуется воздуха:
Рвоздуха = 15,91 кДж/с/(1 кДж/кг⋅°С⋅(60 °С-20 °С)) = 0,4 кг/с.
За температурой охлаждения в калорифере наблюдают по показаниям датчика температуры 28. Регулируя расход воздуха, устанавливают температуру выходящей из калорифера смеси Т = 105 °С. Из калорифера 25 смесь подают в сепаратор 29, где отделяют
конденсат в количестве 8,59-10-3 кг/с от парогазовой смеси. Конденсат подают на склад, а
парогазовую смесь через кран 30 подают в газодувку 7. Одновременно прекращают подачу пара в газодувку от парогенератора. За составом парогазовой смеси на входе в газодувку следят по показаниям датчика 33.
В нашем случае состав смеси следующий: пар - 50 кг/ч; газ - 2 кг/ч.
Процентное соотношение:
(2 кг/ч/50 кг/ч)⋅100 % = 4,0 %,
п.г.с.
10
BY 5430 C1
что меньше предельно допустимого значения 16,7 % [4]. Поэтому парогазовую смесь используют в количестве циклов
Nциклов. = 16,7 %/4,0 % = 4 цикла.
Заявленный способ переработки радиоэлектронного лома отличается от известных
лучшими показателями по расходу теплоносителя и экологической чистотой.
Источники информации:
1. Соуфер С., Заборски О. Биомасса как источник энергии. -М.: Мир, 1985. - С. 115-121.
2. Быстров Г.А., Гельперин В.М., Титов Б.П Обезвреживание и утилизация отходов
пластмасс. - Л.: Химия, 1982. - С. 230.
3. Алексеев Г.М., Петров В.Н., Шпильфогель П.В. Индустриальные методы санитарной очистки городов. - Л.: Стройиздат, 1983 г., с. 14-15. - С. 32-33.
4. Григорьев В.А., Зорин В.М. Теоретические основы теплотехники. Кн.2 –М.: Энергоатомиздат, 1988. - С. 378, Табл. 7.17.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
11
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
180 Кб
Теги
by5430, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа