устройство для утилизации водосодержащих отходов

Формула изобретения

Устройство для утилизации водосодержащих отходов, содержащее нагревательный элемент, реакционную камеру, выполненную с возможностью вращения объекта вокруг оси, устройствами загрузки, перемещения и разгрузки объекта утилизации, устройствами формирования газовой среды в реакционной камере и систему вентиляции, отличающееся тем, что в качестве нагревательного элемента используется ускоритель электронов с выпускным окном, реакционная камера снабжена внутренней оболочкой из кислотостойкого тугоплавкого материала, в состав которого входят элементы таблицы Менделеева с большим порядковым номером, оболочка выполнена в виде двух смещенных перпендикулярно горизонтальной оси полуцилиндров с ребрами жесткости, расположенными по спирали и повернутыми в сторону разгрузки, причем одна из половин оболочки изолирована от камеры и подсоединена к дополнительному источнику напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для утилизации водосодержащих отходов, например биологических, на крупных звероводческих фермах, мясокомбинатах, в сфере ритуальных услуг.

В настоящее время для этих целей используются в основном пламенные печи. Сжигание производится за счет тепловой энергии, образующейся при сгорании нефти или природного газа.

КПД таких установок мал. Они обладают низкой пропускной способностью (время обработки 70 кг более 2 ч). Выходные продукты, представляющие собой соединения углерода, практической ценности не представляют. Значительные потери энергии имеются при запуске печи, при загрузке и разгрузке объекта утилизации.

Так, пропускная способность одной печи санкт-петербургского крематория составляет 10-12 объектов в сутки при затратах природного газа до 200 кг.

Принимая среднюю удельную теплоемкость биомассы равной 3 кДж/кгК при средней массе объекта 70 кг для доведения массы до температуры 100^oC потребуется 17 МДж. Удельная теплота парообразования воды составляет 2260 кДж/кг и затраты энергии на испарение воды равны 113 МДж. При этом на нагрев обезвоженной массы до температуры 1500^oC (пламя газовой горелки) потребуется 25 МДж и общие затраты на утилизацию объекта составят 165 МДж. При удельной теплоте сгорания природного газа равной 50 МДж/кг КПД печи не превышает 15%

Следует отметить, что среднесуточная мощность печи составляет 115 кВт.

Уменьшить время утилизации и повысить КПД возможно, используя в качестве теплоносителя ускоренный пучок электронов и создание условий для эффективного воздействия на объект наряду с тепловой энергией тормозного излучения и продуктов радиолиза газовой среды.

Схема установки приведена на фиг. 1.

В состав входят: 1 блок загрузки объекта, 2 система перемещения объекта в процессе всего цикла утилизации, 3 ускоритель электронов с устройством вывода пучка в атмосферу реакционной камеры, 4 реакционная камера, 5 система обеспечения рабочей газовой среды в реакционной камере, 6 блок разгрузки и упаковки, 7 система вентиляции, фильтрации газов и производства удобрений, 8 система снабжения сжатым воздухом, 9 система водоснабжения, 10 система электроснабжения и автоматизированная система управления установкой.

Устройство реакционной камеры приведено на фиг. 2. Она содержит: 1 - индивидуальная радиационная защита (ИРЗ), совмещенная с ИРЗ выводного устройства ускорителя, и теплоизоляция из огнеупорной керамики, 2, 3 камера сгорания из тугоплавкого металла с высоким порядковым номером таблицы Менделеева, стойкая к азотной кислоте, обеспечивающая захват и движение газовой среды по спирали к блоку разгрузки, 4 механизм перемещения объекта, 5 защитная фольга, 6 фольга выпускного окна, 7 камера развертки ускорителя, 8 объект утилизации, 9 коллектор подачи сжатого газа, 10, 11, 12 высоковольтный генератор с ускорительным траетом, 13 каскадный генератор.

Установка работает следующим образом. Через блок загрузки (шлюз в ИРЗ) объект поступает в реакционную камеру. Производится включение ускорителя из ждущего режима в рабочий: подается сжатый воздух для охлаждения фольги выпускного окна, включается нагрузка (ток пучка) ускорителя, приводятся в движение механизмы, обеспечивающие вращение объекта, подаются необходимые катализаторы из системы обеспечения рабочей среды в камере, запускается система очистки газов.

Электронный пучок, проходя через газовый слой, производит ионизацию среды. Произведенные озон, окислы азота и другие ингредиенты, например окислы серы, взаимодействуют с водой, входящей в состав биомассы, образуя сильные растворители и окислители.

Передача тепловой энергии обеспечивается за счет проникновения электронов в материал объекта (глубина проникновения электронов при энергии 800-1000 кэВ в воде составляет 3-4 мм). При этом мощность пучка электронов 100 кВт обеспечивает нагрев воды этого слоя по 100^oC за 3 с. Выкипание воды этого слоя без учета потерь на теплопроводность камеры происходит за 20 с.

Время, необходимое для нагрева обезвоженной массы слоя до 1500^oC, составит 50 с.

Общее время утилизации объекта составит около часа.

Для увеличения концентрации сасна оболочка камеры изолирована от земли, на нее подается высокое напряжение, достаточное для образования несамостоятельного тлеющего разряда.

Однако, как показали опыты с различными ингредиентами биомассы крупного скота, этот процесс происходит значительно активнее в результате воздействия продуктов радиолиза газовой среды и тормозного излучения.

Оценочный пересчет результатов экспериментальных данных, выполненных на ускорителе с энергией электронов 800 кэВ и током пучка 70 мА, позволяет утверждать, что процесс утилизации объекта займет не более 20 мин.

Дополнительные меры (увеличение мощности тормозного излучения (вольфрамовая оболочка), увеличение времени нахождения газовой среды под пучком (спиральное движение к выходу из камеры), действие тлеющего разряда, добавка других составляющих в газовую среду, вращение объекта, позволяют сократить указанное время.

Учитывая контактный способ передачи тепла, КПД устройства соответствует КПД ускорителя (около 90%).

При завершении процесса утилизации образуется губчатая серая масса, небольшое давление на которую превращает ее в порошок или же ее разрушение происходит при движении под воздействием газовой струи к камере разгрузки и вращении объекта.

В процессе утилизации газовый поток с помощью системы вентиляции поступает в блок разгрузки, проходит специальные фильтры, которые затем могут быть использованы как высококачественное удобрение. Твердый деструктуированный объект перемещается в блок разгрузки окончательной продувкой камеры, где ему придается соответствующая форма и производится окончательная упаковка.

Весь процесс гарантирует индивидуальность утилизации объекта.

Прочие указанные системы, комплектующие установку, предназначены для работы упомянутых блоков и узлов и непосредственно самого радиационно-биохимического процесса.

Ускоритель с параметрами, приведенными выше, проектируется на основе аналогов, имеющих многолетний опыт наработки в промышленных производствах, использующих радиационно-химическую технологию.