Сиcтема утилизации мoкрых углерoдcoдержащих oтхoдoв
Автoр: Кoчетoв Олег Савельевич
Изoбретение oтнocитcя к cиcтемам утилизации и мoжет быть иcпoльзoванo при утилизации гидрoшламoв, нефтешламoв и ocадков cточных вод. Сиcтема утилизации мокрых углеродcодержащих отходов cодержит топку кипящего cлоя, которая cодержит cводчатый корпуc из огнеупорного материала и колоcниковую решетку c cоплами. Сопла выполнены c возможностью подачи теплоносителя от дутьевого вентилятора, соединенного теплопроводом с выходом высокотемпературного воздухонагревателя теплообменного аппарата. На колосниковой решетке расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка. В нижней части корпуса топки установлен шнековый разгрузчик, а в боковой стенке - вихревое сопло-горелка, работающее от газообразного топлива - биогаза, поступающего из биореактора. Топка выполнена с возможностью подачи отходов от пневмозагрузочного устройства через распылительное устройство, выполненное с тангенциальным подводом теплоносителя, снабжена дымоходом, расположенным в одной из ее боковых стенок и соединенным теплопроводом с теплообменным аппаратом, выход которого соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок, корпус, выходной патрубок, бункер, оросительные и распылительные сопла, в качестве которых используют центробежные форсунки для распыливания жидкости. Изобретение позволяет повысить эффективность энергоресурсосбережения и очистки дымовых газов. 3 ил.
Изобретение относится к системам утилизации и может быть использовано на тепловых электрических станциях, на углеобогатительных фабриках, нефтеперерабатывающих заводах при утилизации гидрошламов и нефтешламов, а также на энерготехнологических комплексах при утилизации осадков сточных вод.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является отстойник непрерывного действия по патенту РФ 2316380, B01D 21/28, содержащий корпус, в котором расположены по крайней мере две конические полки и штуцера для подвода и отвода суспензий (прототип).
Недостатком известного устройства является невозможность использования его для очистки дымовых газов.
Технический результат - повышение эффективности энергоресурсосбережения и очистки дымовых газов.
Это достигается тем, что в системе утилизации мокрых углеродсодержащих отходов, содержащей топку, теплообменник и золоуловитель, топка представляет собой топку кипящего слоя и содержит сводчатый корпус из огнеупорного материала и колосниковую решетку с соплами, расположенную на расстоянии 1/3 высоты корпуса от нижней его части, причем суммарная площадь сопловых отверстий составляет 30-50% от площади колосниковой решетки, сопла выполнены с возможностью подачи теплоносителя от дутьевого вентилятора, соединенного теплопроводом с выходом высокотемпературного воздухонагревателя теплообменного аппарата, на колосниковой решетке расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка, внутри корпуса топки расположены водонагревательные трубы, соединенные с потребителем, в нижней части корпуса топки установлен шнековый разгрузчик, а в боковой стенке установлено вихревое сопло-горелка, работающее от газообразного топлива - биогаза, поступающего из биореактора, при этом топка выполнена с возможностью подачи отходов от пневмозагрузочного устройства через распылительное устройство, выполненное с тангенциальным подводом теплоносителя, а также снабжена дымоходом, расположенным в одной из ее боковых стенок и соединенным теплопроводом с теплообменным аппаратом, выход которого соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок, корпус, выходной патрубок, бункер, оросительные и распылительные сопла, в качестве которых используются центробежные форсунки для распыливания жидкости, при этом каждая из форсунок содержит корпус, в котором запрессован шнек, внешняя поверхность шнека представляет собой винтовую канавку с нарезкой, а внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой, при этом в верхней части корпуса форсунки закреплен штуцер, внутри которого выполнено отверстие, переходящее в диффузор, который соединен с цилиндрической камерой, выполненной в корпусе форсунки.
На фиг.1 изображена схема системы утилизации мокрых углеродсодержащих отходов, на фиг.2 - вид сверху золоуловителя, на фиг.3 - фронтальный разрез форсунки для распыливания жидкости.
Система утилизации мокрых углеродсодержащих отходов (фиг.1, 2) содержит топку кипящего слоя 1, которая содержит сводчатый корпус из огнеупорного материала, колосниковую решетку 2 с соплами 3, расположенную на расстоянии 1/3 высоты корпуса от нижней его части, причем суммарная площадь сопловых отверстий составляет порядка 30-50% от площади колосниковой решетки 2. В нижней части корпуса топки 1 установлен шнековый разгрузчик 4. На колосниковой решетке 2 расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка или шариков из жаропрочного материала, размеры которых лежат в диапазоне 1÷3 мм, а высота насыпного слоя инертного носителя составляет порядка 0,4÷0,6 м. Внутри корпуса топки расположены водонагревательные трубы, соединенные с теплопотребителем (не показано). В сопла 3 подается теплоноситель (горячий воздух с температурой порядка 400÷600°С) от дутьевого вентилятора 5 (вентилятор высокого давления с расходом воздуха порядка 1000÷5000 м3/ч), соединенного теплопроводом 6 с выходом высокотемпературного воздухонагревателя 16 теплообменного аппарата 15. Для розжига и поддержания оптимального режима горения в боковой стенке топки установлено вихревое сопло-горелка 9, работающее от газообразного топлива - биогаза, поступающего с биореактора 8.
Дутьевой вентилятор 17 соединен со входом высокотемпературного воздухонагревателя 16 и установлен последовательно с дутьевыми вентиляторами 5 и 12, которые создают требуемое давление в соплах. Дутьевой вентилятор 12 подает горячий воздух с температурой порядка 400÷600°С в распылительное устройство 10, вход которого соединен с выходом пневмозагрузочного устройства 11 для подачи мокрых углеродсодержащих отходов. Распылительное устройство 10 выполнено с тангенциальным подводом теплоносителя, что позволяет повысить его эффективность за счет вихревых процессов перемешивания жидких отходов с горячим воздухом, поступающим от высокотемпературного воздухонагревателя 16. Дымоход 13 может быть расположен в верхней сводчатой части корпуса топки или, по крайней мере, в одной из ее боковых стенок, он соединен теплопроводом 14 с теплообменным аппаратом 15, выход которого воздуховодом 18 соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок 19 (фиг.1-2), корпус 20, выходной патрубок 21, бункер 22, оросительные 23 и распылительные 24 сопла, в качестве которых используются центробежные форсунки для распыливания жидкости (фиг.3), при этом каждая из которых содержит корпус 27, в котором запрессован шнек 25. Внешняя поверхность шнека 25 представляет собой винтовую канавку с правой (или левой) нарезкой, внутри шнека 25 выполнено отверстие 26 с левой (или правой) винтовой нарезкой. В днище корпуса 27 выполнено дроссельное отверстие 28, ось которого совпадает с осью отверстия 26 в шнеке 25. Между нижним торцом шнека 25 и срезом дроссельного отверстия 28 расположена коническая камера смешения 29. Подача раствора (жидкости) осуществляется через штуцер 31, закрепленный в верхней части корпуса 27 через герметизирующую прокладку 30. Внутри штуцера 31 выполнено цилиндрическое отверстие 32, переходящее в диффузор 33, который соединен с цилиндрической камерой 34, выполненной в корпусе форсунки 27.
Система утилизации мокрых углеродсодержащих отходов работает следующим образом.
Для розжига и поддержания оптимального режима горения в боковой стенке топки установлено вихревое сопло-горелка 9, работающее от газообразного топлива - биогаза, поступающего с биореактора 8. Подаваемые сверху топки через распылительное устройство 10 на колосниковую решетку 2, на которой расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка, мокрые углеродсодержащие отходы попадают на кипящий слой раскаленного кварцевого песка, при этом вода мгновенно испаряется, а твердые частички топлива интенсивно сгорают, отдавая теплоту водонагревательным трубам топки. Температура горения достигает порядка 800÷950°С, причем стабильность ее поддерживается за счет присутствия в зоне горения воды и пара и теплового аккумулятора в виде раскаленного инертного носителя, который обеспечивает необходимую инерционность процесса горения. В сопла 3 подается горячий воздух с температурой порядка 400÷600°С от дутьевого вентилятора высокого давления 5 с расходом воздуха порядка 1000÷5000 м3/ч, соединенного теплопроводом 6 с выходом высокотемпературного воздухонагревателя 16 теплообменного аппарата 15. Дымоход 13 может быть расположен в верхней сводчатой части корпуса топки или, по крайней мере, в одной из ее боковых стенок; он соединен теплопроводом 14 с теплообменным аппаратом 15, выход которого воздуховодом 18 соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок 19.
В мокром золоуловителе (фиг.1, 2) отсепарированная за счет центробежных сил пыль оседает на пленке воды, стекающей по стенке аппарата, что уменьшает вторичный захват зольных частиц потока. Более высокая степень улавливания достигается при применении центробежных форсунок в качестве оросительных 23 и распылительные 24 сопел, а также мокрых скрубберов с устройством для предварительного увлажнения газа (например, предварительно включенным аппаратом Вентури с распылительными соплами 24).
В центробежных форсунках жидкость подается по цилиндрическому отверстию 32 в диффузор 33, а из него в камеру 34, из которой под давлением поступает одновременно по двум направлениям: во-первых, в винтовую внешнюю полость шнека 25, и во-вторых - в отверстие 26 с винтовой нарезкой. Вращающийся поток жидкости из винтовой внешней полости шнека 25 поступает в камеру смешения 29. С другой стороны, в камеру 29 поступает жидкость из отверстия 26 с винтовой нарезкой, совершая вращение в сторону, противоположную внешнему потоку, идущему по шнеку 25, либо совершая попутное (одинаковое) вращение. При взаимодействии вращающихся потоков в камере 29 происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет их соударения в попутных или противоположно вращающихся потоках жидкости (внешнего и внутреннего). Суммарный мелкодисперсный вращающийся поток выходит через дроссельное отверстие 28, причем направление его вращения определяется гидравлическим сопротивлением соответственно внешней или внутренней винтовых полостей и канавок шнека 25. Шнек 25 форсунки может быть выполнен из твердых материалов - карбида вольфрама, рубина, сапфира. При среднем диаметре дроссельного отверстия 28, находящемся в диапазоне 2,53,5 мм, и давлении подаваемой через цилиндрическое отверстие 32 жидкости под давлением 69 МПа обеспечивается распыление от 400 до 1000 кг/ч жидкости. Форсунка проста в изготовлении и обслуживании.
Предлагаемая система может быть использована на тепловых электрических станциях, на углеобогатительных фабриках, нефтеперерабатывающих заводах при утилизации гидрошламов и нефтешламов, а также на энерготехнологических комплексах при утилизации осадков сточных вод.
