СПОСОБ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ВОДОЗОЛОПЕРЕСЫЩЕННЫХ УГЛЕРОД-ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ ФУСОВОЙ ПРИРОДЫ Российский патент 1997 года по МПК F23G7/04 

Изобретение относится к способам сжигания топливных материалов, в частности к способам топливо-энергетической утилизации водо-золопересыщенных углерод-шламовых фусов, образующихся при технической переработке горючих сланцев.

Прототипом изобретения является способ огневого обезвреживания жидких отходов (авт.св. СССР N 1101623).

Принятый за прототип способ включения усреднение топливо-обедненных отходов, их механо-химическую активацию с получением стабильной полидисперсии "суспензия-эмульсия", ее распыление с одновременным динамизированием окислителя, образование факела с контролируемым отводом из огневого факела продуктов сгорания.

Особенностью принятого за прототип способа является то, что распыление топлива производят за счет разбрызгивания или веерного развеивания расходными ручьями, что приводит к уносу из ядра факела горючей фракции, увеличению теплопотерь и нарушению в огневом фронте и факельном хвосте теплового баланса в сторону затухания желаемых экзотермических реакций.

Особенностью прототипа является также то, что динамизированное окислителя осуществляют через сопло без завихрения за счет линейно-ускорительного эффекта, что не обеспечивает требуемых объемно-барических и теплотехнических характеристик топливно-окислительной смеси и не способствует максимальной эффективности горения.

Возможная защита горения от срыва за счет сторонней подпитки высококалорийными топливами и пламястабилизационными присадками снижает экономичность принятого за прототип способа и не гарантирует стабильности процесса, а также неблагоприятно отражается на экологической чистоте утилизационного процесса ввиду вторичного загрязнения примесями продуктов сгорания.

Кроме того, особенностью прототипа является то, механо-химическая дезинтеграторная обработка жидких отходов осуществляется без предварительного измельчения твердых конкреций.

Это обуславливает дополнительный расход энергии на механическое измельчение твердых конкреций и снижает активность горючих ингредиентов фусов.

Таким образом, основным недостатком принятого за прототип способа является невозможность обеспечения бесперебойности горения топливо-обедненной отходовой массы.

Задачей изобретения является устранение основного недостатка прототипа.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемый способ, характеризуемый наличием тех же, что и прототип признаков, начиная от накопления отходов, их усреднения и кончая контролируемым отводом из огневого факела генерированных продуктов сгорания, внесен ряд отличий, которые состоят в том, что механо-химическую дезинтеграторную активацию отходов производят как гомофазную, распыление топлива производят как фокусное, а динамизирование окислителя производят как полюсное. Для этого перед активацией отходов осуществляют их механическую протирочную обработку до перехода твердых конкреций в тонко-дисперсное состояние, перед распылением отходов осуществляют разделение струи на сводимые в локулу ручьи, а перед динамизировнием окислителя осуществляют сцентрованное завихрение его потока. При этом протирочную обработку отходов производят, выдерживая величину градиента скорости сдвига массы в пределах (3-6)•10³ с^-1.

При значении градиента скорости сдвига массы менее 3•10³ с^-1 не обеспечивается желаемая полнота перевода конкреций в гомогенизат и не достигается регламентированное течение процесса механо-химической активации топливной составляющей отходов. Превышение этого показателя более 6•10³ с^-1 связано с непродуктивным перерасходом энергии на ведение процесса вследствие лавинообразного (экспериментального) увеличения сопротивления массы механическому воздействию, характерному для псевдопластичных жидкостей с показателем ньютоновского поведения на уровне 0,80 единицы.

На фиг. 1 представлена структурная схема установки для реализации предложенного способа; на фиг. 2 горелочное устройство для сжигания фусов.

Фусы непосредственно поступают в протирочное устройство 1, в котором происходит их усреднение (перемешивание) и перевод в тонкодисперсное состояние твердых конкреций. Протирочное устройство 1 снабжено горизонтально-шнековым механизмом для подачи фусов на измельчение, осуществляемое путем продавливания лопатами 2 через сетку 3, и нагревателями (на чертеже не обозначено). На выходе из протирочного устройства расположен дезинтегратор 4 для механо-химической активации топливного составляющего фусов. Указанный дезинтегратор выведен на сборную емкость 5 для временной выдержки измельченных фусов до их дозревания и приобретения состояния стабильной полидисперсии "суспензия-эмульсия" и расходный бак 6, снабженный массозаборником 7 для подачи при помощи насоса 9 подготовленных фусов в кольцевой контур 11 для запитки горелочных устройств 12, 12¹ 12^K, встроенных в теплогенераторную часть 13 котельного агрегата. Контур 11 укомплектован продпорным клапаном 14. Каждое из горелочных устройств оснащено форсунками 15 для распыления фусов. Жерло форсунки выполнено многоручьевым. Линзовые дюзы 21 обеспечивают перекрещивание струй продукта (фусов) на выходе из форсунки. Распыление фусов осуществляют путем подачи водяного пара через связанный с форсункой пропеллирующий коллектор 22.

Воздухозаборник 8, предназначенный для забора окислителя, сопряжен с компрессором 10.

Динамизирование окислителя осуществляется в горелочном устройстве 12. Окислитель поступает в воздухоприемную розетку 16, а затем в сопло "Вентури" 17, в котором предусмотрено превышение длины диффузорной части 18 над длиной конфузорной части 20.

Сопло "Вентури" 17 выполнено потокоскручивающим, для чего в его конфузоную часть 20 встроен лопаточный завихритель 19, снабженный предкрылками, выходящими за пределы диффузорной части 18.

Пример 1. В качестве направляемых на утилизацию топливо-обедненных жидких отходов взяли фусы термической переработки сланцев. (Справочник сланцепереработчика, под редакцией к.х.н. М.Г.Рудина, к.т.к. Н.Д.Серебрянниковой, Ленинград, Химия, Ленинградское отделение, 1988, с.67, рис.2.17. позиция 9). Упомянутые отходы представляют собой водоперенасыщенную углерод-шламовую композицию, состоящую из жидкой и твердой фаз.

Твердая фаза представляет собой конкреции (конгломераты), образованные за счет цементирования присутствующих в фусах летучей золы уноса. Усредненный массовый состав фусов был представлен 28% сланцевой смолы, 28% механических примесей, 20% влаги, 24% сажи.

Для повышения эффективности сжигания фусов осуществляли усреднение и механическую протирочную обработку при 75^oC до перехода конкреций в тонкодисперсное состояние. Протирочную обработку вели на нижнем пределе значения градиента сдвига массы в допустимом интервале величин, в частности, указанный градиент выдерживали равным 3•10³ C^-1. В результате произошло разупорядочивание конгломератов и повышение восприимчивости фусов к последующей механо-механической активации в дезинтеграторе. При активации имело место соударение частиц со скоростями 350 м•C^-1. Эти соударения привели к образованию радикалонасыщенной активной компоненты в виде стабильной полидисперсии "суспензия-эмульсия", обладающей повышенной реакционной способностью. После дезинтеграторной обработки фусы выдерживают в течение 1,6 ч в состоянии, изолированном от атмосферной среды. В процессе выдержки произошло дозревание активной компоненты за счет протекания в топливной составляющей отходов инициированных радикалами вторичных реакций. Затем осуществили подачу фусов на форсунки со скоростью забора 2,5 т•ч^-1 с одновременным их мультиплицированием.

Параллельно произвели подачу окислителя, в качестве которого используется атмосферный воздух.

В ходе произведенного мультиплицирования струи произошло повышение гидростатического давления в ее ядре до 5,0 кгс•см^-2. Перед распылением фусов осуществили их разделение на сводимые в локулу ручьи. Центр локулы выдерживали располагаемыми на фокусном расстоянии величиной в 40 см. Распыление осуществляли путем подвода водяного пара с давлением 30 кгс•см^-2 при температуре 250^oC. В результате производимое распыление протекало как фокусное. Это создало условия для концентрации горючей фракции топливо-окислительной смеси в ограничительном объеме, что предупреждает непродуктивную потерю тепла головкой пламенного факела.

Полюсное динамизирование окислителя осуществляли пропускания его через сопло "Вентури" со сверхзвуковой скоростью, для чего перед динамизированием потока окислителя осуществляли сцентрованное завихрение его периферии. Завихрение потока начинали перед входом его в конфузор. Заканчивали завихрение перед входом потока окислителя в диффузор. Завихрение шло с выдержкой угла атаки равным 45^o (угловых). Полюсное динамизированное обеспечивало формирование скрученного потока окислителя, обволакивающего и одновременно обжимающего корону распыла горючей фракции, что обеспечивало эффективное распределение воздуха в топливно-окислительной смеси и капсуло-жгутовый режим горения, имеющего повышенную стабильность по сравнению с традиционным для уничтожения отходов циклонно-вихревым режимом.

В ходе отходов была зафиксирована почасовая выработка промышленного котельного пара давлением 32 кгс•см^-2 в количестве 8,5 т•ч^-1. Продолжительностью сохранения пламенным факелом стабильностью до наблюдения срыва горения составила 4800 ч. Эффективная вязкость отходов была снижена до 4 Па•c при 73^oC.

Пример 2. Необходимый процесс реализовывали при всех тех же условиях, что и в примере 1, за исключением того, что протирочную обработку производили с обеспечением значения градиента сдвига массы верхнему пределу в допустимом интервале значений. В частности, указанный градиент выдерживали равным 6•10³ сек^-1.

В ходе сжигания отходов была зафиксирована почасовая выработка промышленного котельного пара 32 кгс•см^-2 в количестве 8,4 т•ч^-1. Продолжительность сохранения пламенным факелом стабильности до наблюдения срыва горения составила 4600 ч. Эффективная вязкость отходов была снижена до 3,8 Па•с.

Пример 3. Необходимый процесс реализовали при всех тех же условиях, что и в примере 1, за исключением того, что протирочную обработку произвели с обеспечением составления значения градиента сдвига массы промежуточной величине в допустимом интервале значений. В частности, указанный градиент выдерживали равным 4•10³ c^-1.

В ходе сжигания отходов была зафиксирована почасовая выработка промышленного котельного пара давления 32 кгс•см^-2 в количестве 8,6 т•ч^-1. Продолжительность сохранения пламенным факелом стабильности до наблюдения срыва горения составила 5100 ч. Эффективная вязкость отходов была понижена до 3,7 Па•c.

Результаты, полученные в примерах 1-3, представлены в таблице, в которой они даны в сравнении с используемым для сжигания фусов процессом инструмента термофизики и электрофизики Эстонии (С.В.Яковлев, П.А. Карелин, Ю.Н. Ласков, Ю.В. Воронов, "Очистка производственных сточных вод: второе издание под редакцией С. В. Яковлева, Москва, Стройиздат 1985 г. стр. 210 7 строка снизу рис. 7.43).

Из представленной таблицы видно, что наилучшие результаты были достигнуты при реализации предложенного способа в соответствии с примером 3.

Техническим преимуществом предложенного способа по сравнению с прототипом является повышенная сбоеустойчивость.

Областью использования изобретения являются природоохранные технологии, экология.

Решаемая изобретением задача состоит в расширении допуска по топливообедненности для принимаемых на переработку отходов (фусов).

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый способ включает накопление отходов, их механо-химическую дезинтеграторную активацию, выдерживание нарабатываемого топливного активата, мультиплицирование топливо-активатной струи, ее распыление с одновременным динамизированием окислителя, образование факела с контролируемым отводом из огневого факела генерированных продуктов сгорания.

Новым в способе является то, что перед производимой активацией отходов их протирают при обеспечении градиента сдвига массы в пределах (3^oC6 - 10³ сек^-1.

Подачу отходов в печь производят перекрещиваемыми струями с подводом обволакивающего и завихренного газообразного потока окислителя, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 1 табл.

1. Способ топливно-энергетической утилизации водозолопересыщенных углерод-шламовых отходов фусовой природы, включающей смешение отходов в дезинтеграторе, подачу их в печь и отвод продуктов переработки, отличающийся тем, что перед смешением отходов в дезинтеграторе их протирают, подачу отходов в печь производят перекрещиваемыми струями с подводом обволакивающего и завихренного газообразного потока окислителя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы протирают с доведением градиента сдвига до (3 8)•10³ с^- 1.