Источник: Инженер. Студенческий научно-технический журнал. - Донецк: ДонНТУ, 2003. №4.

(каф. МАХП, каф. НГ и ИГ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина)

Проблема твердых промышленных и бытовых отходов одна из наиболее актуальных и трудноразрешимых современных проблем прежде всего из-за огромного и все нарастающего количества, разнообразия свойств отходов и рассеивания источников генерирования.

Отсутствие крупномасштабной переработки промбытотходов приводит к отчуждению плодородных земель под свалки, шламонакопители и отвалы, загрязнению воды и воздуха токсичными веществами.

Известные технологии сжигания или переработки твердых отходов ориентированы на отдельные их виды дорогостоящи и несовершенны, поскольку порождают новые проблемы, или вообще непригодны для Украины по причинам экономического, экологического и социального характера.

Кафедра МАХП ДонНТУ разрабатывает направление по созданию техники и технологии комплексной переработки твердых углеродистых отходов промышленного и бытового происхождения на базе процессов термической деструкции и синтеза органического вещества отходов в наклонных термолизных печах (НТП) с получением полезных продуктов и энергии [1].

Основа всей технологии - термолиз органической части отходов. Он протекает в герметичных камерах НТП и является управляемым процессом термической деструкции исходного сырья с образованием твердого термолизного топлива (кокса) и смеси летучих веществ в виде парогазовых и жидких углеродистых продуктов.

Поверхность камеры НТП является составной. Боковые поверхности (боковины) и верхняя часть (свод) являются плоскими, а нижняя часть (под) - криволинейчатой. Образующей кривой подовой поверхности выбрана одна из семейств кривых Персея, которые являются линиями пересечения поверхности тора плоскостями параллельными его оси.

Общий вид уравнения кривых Персея [2]

(х^г ₊ у²+р²+d²-R²)² = 4d²(х²+р²),                                                       (1)

где

     p - параметр секущей плоскости (расстояние ее от начала координат);

     d- расстояние центра производящей окружности от начала координат;

     К - радиус производящей окружности.

Для случая замкнутого тора, когда d=R выражение (1) имеет вид

(х^г ₊ у²+р²)² = 4d²(х²+р²).                                                 (2)

Для образующей кривой если р=d выражение (2) будет иметь вид

x²+y⁴+2x² y²-2x² d²+2y² d²-3d²=0.                                                             (3)

На рис. 1 показана геометрическая модель профиля пода НТП.

Рис. 1. Геометрическая модель профиля пода НТП

Поверхность камеры НТП имеет расширение (конусность) в сторону выхода продукта, образованного в результате термолизного процесса. Величина «конусности» определяется выражением

K=(B_K-B_H)/L,                                                                             (4)

где

    Вн, Вк- начальная и конечная ширина камеры НТП;

     L - длина камеры НТП.

Покажем зависимость параметров образующего тора и секущей плоскости с параметром ширины камеры НТП (рис. 1).

Из треугольника О₁ К ₁ N₁, имеем К₁N₁ = O₁N₁cosa, т.к.  O₁N₁=2d то d = К₁N₁/2 cosa. Замечая, что a = 30°, а К₁N₁ = 1/2M₁N₁ = 1/2B,  получим

d =0.273 В (5)

Таким образом, для построения геометрической модели профиля пода камеры НТН в любом промежуточном сечении необходимо вначале определить ширину В камеры НТП, учитывая величину «конусности» (4), затем из выражения (5) определить параметр d. После чего строем профиль пода камеры, имея в виду, что для замкнутого тора d=R=р (рис. 1).

Под камер НТП по отношению к своду выполнен с уклоном в сторону выхода готового продукта. Величина этого уклона изменяется в пределах от 6° до 22°. Это позволяет уменьшить усилие проталкивания рабочей массы внутри камеры на величину от 10 до 37 процентов массы продукта. Минимальное значение уклона считается типовым конструкторским решением, так как оно соответствует расширению поперечного размера внутренней поверхности камеры (конусности) в сторону выхода продукта. Максимальное значение уклона следует принять при переработке недостаточно подготовленного сырья с нестабильными физико-механическими и технологическими свойствами.

На рис. 2 показан теоретический чертеж и основные параметры камеры НТП.

Рис.2. Теоретический чертеж поверхности камеры НТП

Конструктивные элементы НТП выполняются из жаропрочного бетона, специальной керамики или композиционных материалов.

Полученная геометрическая модель камеры термолизного агрегата может быть использована конструкторами при проектировании реальных НТП. Геометрические характеристики поверхности камеры создают предпосылки для повышения стабильности процесса продвижения рабочей массы продукта за счет удержания его по оси перемещения, что в свою очередь снижает вероятность адгезиионного взаимодействия его со стенками камеры.

Список литературы:

1. Парфенюк А.С. Крупномасштабная комплексная переработка твердых углеродистых промышленных и бытовых отходов. - Кокс и химия, 2001. №5, с.41 -43.
2. Савелов А.А. Плоские кривые. -М., Физматгиз, 1960 - 290 с.