СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ И ОГНЕВОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД В ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛАХ С ГАЗОМАЗУТНЫМ ОТОПЛЕНИЕМ Российский патент 1998 года по МПК F23K5/02 

Изобретение относится к котлостроению, в частности к конструкции топливоподающих систем стационарных энергетических комплексов, имеющих в своем составе котельные установки, работающие на совместном или раздельном сжигании жидкого топлива или природного газа.

Известна судовая котельная, имеющая топливную систему (а.с. СССР N 1705187, 1991), состоящую из топливной цистерны, топливного насоса, эжектора, сопло которого соединено с напорным патрубком топливного насоса, а всасывающий трубопровод эжектора снабжен запорным органом и сообщен с цистерной сбора вод.

Анализируемая система, подавая в топку котла загрязненную воду, обеспечивает ее термическую утилизацию и огневое обезвоживание в зоне горения жидкого топлива.

Однако в связи с тем, что конструкция данной системы не предусматривает использования в качестве котельного топлива природного газа, то утилизировать загрязненные воды в котле при газовом отоплении не представляется возможным.

Известна котельная установка (а.с. СССР N 1688049, 1991), имеющая в своем составе систему подачи воды в топку котла, включающую емкость, водяной насос, трубопровод подачи воды с запорным органом и водяной распылитель, расположенный в верхней части топочного объема котла.

Указанная система, подавая воду в зону горения (топку котла), обеспечивает снижение концентрации экологически вредных веществ в уходящих в атмосферу дымовых котельных газах, однако обладает рядом существенных недостатков.

Во-первых, конструкция системы не обеспечивает сбор, предварительную подготовку, термическую утилизацию и огневое обезвоживание загрязненных жидкостей и нефтесодержащих вод, ввиду чего последние выбрасываются (или складируются) в окружающую среду, загрязняя территории энергетических объектов и водную систему в районах их расположения.

Во-вторых, при отоплении котла газом не используется мазутоподающая система котлоагрегата, имеющая довольно длинные трубные коммуникации, в связи с этим дорогостоящие и металлоемкие трубопроводы, в частности напорный трубопровод подачи мазута к котлам, бездействуют, подвергаются коррозионному износу и приходят в негодность.

В-третьих, при наличии трубопроводов подачи мазута конструкция анализируемой системы включает трубопровод подачи воды к котлам и водяной распылитель. Указанные элементы системы требуют значительных материальных затрат на изготовление, монтаж, эксплуатацию и обслуживание.

В-четвертых, размещение элементов данной системы (трубопровода подачи воды и водяного распылителя) требует обязательного наличия в кожухе (корпусе) котла отверстия для прохода, размещения, крепления и монтажа трубопровода подачи воды и водяного распылителя. Данный конструктивный недостаток является причиной снижения прочности кожуха (корпуса) котла, что может вызвать снижение надежности котла в процессе его эксплуатации.

В-пятых, поскольку данная конструкция системы не предусматривает использование загрязненной воды, подаваемой в топку, может засорить водяной распылитель и вывести его из строя, что, в свою очередь, приведет к отказу системы в процессе ее функционирования и сведет к нулю эколого-экономический эффект от ее внедрения.

Наиболее близкой по технологической сущности к заявляемому является котельная установка с газомазутным отоплением (Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. - Л.: Недра, 1988, с.211 - 216), имеющая в своем составе систему, включающую трубопровод подачи горячей воды или водяного пара к горелкам котла, водяной насос, емкость питательной воды. Анализируемая система, обеспечивая снижение концентрации оксидов азота, оксидов углерода, сажи, бензопирена и других экологически вредных химических соединений в котельных дымовых газах, выбрасываемых в атмосферу, путем подачи в зону горения топлива подогретой "химически очищенной" (питательной и котельной) воды или водяного пара, обладает рядом конструктивных недостатков.

Во-первых, конструкция системы не обеспечивает сбор, предварительную подготовку, термическую утилизацию и огневое обезвреживание загрязненных промышленных и бытовых вод, поскольку в ее составе отсутствуют элементы, реализующие указанные операции.

Во-вторых, конструкция системы не предусматривает использование конструктивных элементов топливоподающей системы, в частности напорного трубопровода подачи мазута к форсункам. По этой причине при отоплении котла природным газом дорогостоящая и протяженная магистраль подачи мазута в котел длительное время бездействует, корродирует и приходит в негодность.

В-третьих, несмотря на наличие бездействующего при отоплении котла газом штатного топливного трубопровода подачи воды к форсункам, конструкция анализируемой системы включает дорогостоящий, металлоемкий трубопровод подачи воды (водяного пара) к горелкам. Наличие указанного водяного (парового) трубопровода требует дополнительных материальных затрат, связанных с его изготовлением, монтажом и обслуживанием, в связи с чем экономический эффект от внедрения всей системы снижается.

В-четвертых, к конструктивным недостаткам анализируемой системы следует отнести и использование "химически очищенной воды" или водяного пара, приготовленного на ее основе. Использование "химически очищенной воды" и водяного пара требует значительных эксплуатационных затрат, дополнительного расхода энергии, которые связаны с очисткой воды, поддержанием требуемого ее качества в процессе использования системы, а также ее перегрева и парообразования. Реализация указанных процессов снижает эффективность использования всей системы и эффект от ее внедрения. Кроме того, ни "химически очищенная вода", ни водяной пар не загрязняют окружающую среду и не представляют опасности для людей, флоры и фауны.

В-пятых, нарушение жестких требований, предъявляемых к качеству воды, подаваемой в зону горения топочного мазута, может привести к отказу не только анализируемой системы, но и всей котельной установки в целом.

Целью изобретения является повышение экологической чистоты энергетических объектов, имеющих в своем составе паровые или водогрейные котлы с газомазутным отоплением, на основе расширения функциональных возможностей последних путем термической утилизации и огневого обезвреживания загрязненных бытовых и промышленных вод, снижение газового и теплового загрязнения окружающей среды, уменьшение необходимого для организации процесса горения топлива количества атмосферного воздуха при сжигании в котлах природного газа.

Указанная цель достигается тем, что на напорном трубопроводе подачи мазута к форсункам котла мазутоподающей системы котлоагрегата устанавливается запорный орган, а к мазутоподающей магистрали мазутоподающей (топливной) системы котла подключается система-приставка, включающая водяной насос, приемный трубопровод которого имеет запорный орган и соединен с цистерной сбора загрязненных вод, а напорный трубопровод снабжен запорным органом и сообщается с напорным трубопроводом подачи мазута к котлу мазутоподающей системы котлоагрегата; обратный трубопровод с запорным органом, соединяющий напорный трубопровод водяного насоса с цистерной сбора загрязненных вод; водо-водяной эжектор (диспергатор струйно-кавитационного типа), сопло которого сообщается с напорным трубопроводом водяного насоса, имеет запорный орган и сообщен с цистерной сбора загрязненных вод при помощи гибкого шланга, на конце которого имеется плавающий приемный фильтр; цистерну сбора загрязненных вод, механическую мешалку и подогреватель, расположенные в нижней части внутреннего объема цистерны.

Наличие системы такой конструкции позволяет обеспечить сбор загрязненных бытовых и промышленных вод, их струйно-кавитационную обработку и подачу загрязненных вод по напорному топливному (мазутному) трубопроводу мазутоподающей системы котла к мазутным форсункам газомазутных горелок котлоагрегата для их термической утилизации и огневого обезвреживания при отоплении котельной установки природным газом (газообразным топливом).

На чертеже изображен общий вид описываемой системы.

Система утилизации и огневого обезвреживания загрязненных вод в паровых и водогрейных котлах с газомазутным отоплением включает цистерну сбора загрязненных вод 1, внутренняя часть которой снабжена механической мешалкой 2 и подогревателем 3, водяной насос 4 с приемным 5 и напорным 6 трубопроводами, эжектор (диспергатор струйно-кавитационного типа) 7 с входным 8, выходным 9 трубопроводами и линией всасывания, имеющей запорный орган, гибкий шланг 10 с плавающим приемным фильтром 11, обратный трубопровод 12, запорные устройства 13 - 18. Напорный трубопровод 21 подачи мазута на мазутные форсунки газомазутных горелок котла мазутоподающей системы котлоагрегата снабжен запорным органом 19.

Заявляемая система используется при отоплении котла природным газом (газообразным топливом), когда мазутоподающая система котлоагрегата бездействует, в напорном трубопроводе 21 подачи на форсунки котла отсутствует давление, а напорный мазутопровод 21 разобщен с другими элементами мазутоподающей системы котлоагрегата (мазутные емкости, трубопроводы, топливоподающие насосы, фильтры и т.д.) закрытием клапана 19 во избежание обводнения жидкого топлива в мазутном контуре.

Система работает следующим образом.

Загрязненные (нефтесодержащие, банно-прачечные, фекальные, технические и пр.) воды, подлежащие технической утилизации и огневому обезвреживанию, собираются в цистерне 1 сбора загрязненных вод. Собранные в цистерне 1 воды подвергаются струйно-кавитационной обработке и в зависимости от вида и типов загрязнителей могут дополнительно обрабатываться или не обрабатываться. Дополнительная обработка включает одновременное или раздельное перемешивание и подогрев. Так, нефтесодержащие воды с остатками тяжелых нефтепродуктов (мазутов топочных, масел и т.п.) только подогреваются до 70 - 90^oC без перемешивания. Подогрев указанных вод осуществляется при помощи подогревателя 3 с целью наиболее эффективного всасывания плавающих на поверхности (до 85%) нефтепродуктов эжектором 7, фекальные же воды, имеющие крупные включения (фекалии), только перемешиваются без подогрева. Перемешивание фекальных вод производится механической мешалкой 2 для первичной (грубой) гомогенизации утилизируемой жидкости путем измельчения крупных включений (фекалий). При утилизации других вод, например банно-прачечных, технических, нефтесодержащих с остатками легких топлив и т.п., их перемешивание и подогрев вообще не производится. Струйно-кавитационная обработка подлежащих утилизации вод производится в эжекторе (диспергаторе струйно-кавитационного типа) 7 с целью вторичной (более тонкой) гомогенизации подаваемой в котел на сжигание смеси. Во избежание обводнения жидкого топлива в мазутоподающей системе котлоагрегата закрывается клапан 20 на обратной (сливной) мазутной магистрали после мазутных форсунок котла.

При работе водяного насоса 4 часть всасываемой из цистерны сбора загрязненных вод 1 загрязненной воды через напорный трубопровод 6 насоса и открытые клапаны 16 и 18 подается в напорный мазутопровод 21 мазутоподающей системы котла, а часть воды через открытый клапан 15 подается в эжектор 7, в рабочей камере которого создается разрежение, необходимое для всасывания нефтяных остатков, плавающих на поверхности в цистерне сбора загрязненных вод 1. Проходя с большой скоростью (30 - 40 м/с) через сопло эжектора 7, крупные включения измельчаются, а загрязненные воды гомогенизируются и на выходе из эжектора 7 получается мелкодисперсная водотопливная суспензия, подаваемая в напорный мазутопровод мазутоподающей системы котла и далее к мазутным форсункам газомазутных горелок для сжигания в топке котла. Для эффективного всасывания вязких компонентов загрязненных вод, например нефтеостатков, последние нагреваются в цистерне сбора загрязненных вод 1 при помощи подогревателя 3. Приготовленная таким образом водотопливная смесь подается водяным насосом 4 по трубопроводу 6, напорному мазутопроводу 21 через мазутную форсунку газомазутной горелки в корень газового факела в топке котла, где и происходят термическая утилизация и огневое обезвреживание загрязненных вод. Регулирование давления и расхода подаваемой на утилизацию в топку котла загрязненной жидкости осуществляется путем ее слива из напорного трубопровода 6 водяного насоса 4 в цистерну сбора загрязненных вод 1 по обратному трубопроводу 12 закрытием или открытием клапана 17. Если загрязненные воды содержат большое количество крупных включений, например фекалий, то гомогенизация смеси достигается многократной циркуляцией по контуру: цистерна 1 - водяной насос 4 - трубопроводы 5 и 6 через эжектор 7 при открытых клапанах 13 - 17, открытом клапане линии всасывания и закрытом клапане 18. При переходе газомазутного котла на сжигание жидкого топлива (мазута) клапан 18 закрывается, а клапан 19 на напорном мазутопроводе 21 и клапан 20 после форсунок котла открываются.

Техническая эффективность изобретения состоит в том, что использование предлагаемой системы позволит осуществлять термическую утилизацию и огневое обезвреживание загрязненных вод непосредственно на энергетическом объекте в котельных установках при сжигании в них природного газа, а не выбрасывать и не складировать загрязненные воды в районах расположения энергетических комплексов, тем самым загрязняя окружающую природную среду и водную систему района. Проведенные эксперименты объективно подтвердили, что применение заявляемой системы позволит по сравнению с системой-прототипом комплексно обеспечить экологическую защищенность энергетических объектов и районов их расположения, не только снижая концентрацию вредных веществ в уходящих дымовых газах, уменьшая тепловое загрязнение атмосферы и количество необходимого для горения атмосферного воздуха, но и производя термическую утилизацию и огневое обезвреживание загрязненных бытовых и промышленных вод.

Экономическая эффективность изобретения состоит в том, что в технологический процесс, т. е. на сжигание, возвращаются потерянные нефтепродукты (мазут, масла и т.п.), стоимость которых, например топочного мазута M-100, составляет 128 - 140 долларов США. Кроме того, значительно снижаются материальные затраты, связанные с обеспечением экологической защищенности энергетического объекта, в частности очистку, перевозку, хранение загрязненных вод. Следует отметить, что в настоящее время более 80% всех газомазутных котлов отапливаются природным газом, а до 2000 года планируется перевести все котельные на сжигание газообразного топлива, при этом дорогостоящая и металлоемкая мазутоподающая система бездействует и может выйти из строя. Учитывая вышеизложенное, экономический эффект внедрения предлагаемой системы увеличивается, поскольку отсутствуют затраты на изготовление, монтаж и обслуживание протяженных металлоемких водяных трубопроводов, а используются штатные трубопроводы мазутоподающей системы.

Изобретение предназначено для термической утилизации и огневого обезвреживания загрязненных бытовых и промышленных вод энергетических объектов, включающих паровые или водогрейные котлы с газомазутным отоплением при сжигании в них газообразного топлива. Напорный трубопровод подачи мазута к потребителю снабжаются запорным органом, разделяющим мазутное хозяйство (мазутные емкости, топливоподающие насосы, трубопроводы, подогреватели, фильтры и т.п.) и трубопровод подачи мазута к мазутным форсункам газомазутных горелок котлов, а с напорным мазутопроводом сообщается система-приставка, включающая водяной насос, эжектор, обратный трубопровод, цистерну сбора загрязненных вод, механическую мешалку, подогреватель и запорные органы. 2 з. п.ф-лы, 1 ил.

1. Система утилизации и огневого обезвреживания загрязненных вод в паровых и водогрейных котлах с газомазутным отоплением, включающая водяной насос с приемным и напорным трубопроводами, эжектор, сопло которого соединено с напорным трубопроводом водяного насоса, выходной патрубок сообщен с приемным трубопроводом водяного насоса, а всасывающая линия имеет запорный орган и гибкий шланг, конец которого снабжен плавающим приемным фильтром, запорные органы, отличающаяся тем, что топливоподающая система котлоагрегата снабжена цистерной сбора загрязненных вод, обратным трубопроводом с запорным органом, а напорный трубопровод подачи мазута к потребителям снабжен запорным органом и соединен с напорным трубопроводом водяного насоса. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что цистерна сбора загрязненных вод снабжена подогревателем и механической мешалкой. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что всасывающая линия эжектора сообщена с цистерной сбора загрязненных вод.