ЦИКЛОННАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ОТХОДОВ Российский патент 2005 года по МПК C01B17/80 F23G5/32 

Изобретение относится к устройствам сжигания различных видов топлива и особенно эффективно для случаев термического расщепления различного вида отходов, оно может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известна многозонная циклонная топка с тремя циклонными камерами, которые оформлены в виде последовательно установленных друг на друга циклонов, в которых газы вместе с расщепляемыми компонентами переходят из одной камеры в следующую посредством центрального, вдоль оси идущего канала обрамленного пережимом (см. К.М.Дюмаев, Э.И.Эльберт, B.C.Сущев, В.М.Перфильев. Регенерация отработанных сернокислотных растворов, Москва: Химия, 1987, с.66-67).

Недостатками такой печи является следующие.

1. Вывод и ввод газов из одной циклонной камеры в другую организованы по центру циклонов, там где движение газов в естественно организованном циклоне противоположно выполненному выводу, тем самым циклон вдоль своей оси засасывает поток газа, а выходящий газовый поток вынужден вытекать из циклона по периферии, испытывая большое сопротивление, омывая и разрушая сам пережим.

2. Трудности в организации эффективного циклонирующего вихря во второй и последующих камерах, поскольку входящий вдоль оси по центру основной газовый поток не способствует закрутке вихря в этих камерах.

3. Неэффективность ввода подвергаемого расщеплению отхода через боковую поверхность циклонной камеры в силу сбрасывания вводимой среды на стенку циклона.

4. Большая потеря тепла через наружную обечайку печи, так как она непосредственно охватывает каждую циклонную камеру и поэтому имеет высокую температуру на обечайке печи.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является циклонная печь, состоящая из двух циклонных камер. В данной заявке циклонная печь предназначенная для сжигания твердых и жидких отходов и выполнена в виде двух циклонных камер, установленных по вертикали одна над другой (авторское свидетельство СССР №974038, кл. F 23 C 7/00, 1982).

Недостатком этой циклонной печи является передача газов между камерами по кольцевому сечению вдоль оси и соответственно наличие пережима между камерами, что приведет к интенсивному разрушению пережима и высокому сопротивлению по каналу передачи газов из нижней циклонной камеры в верхнюю циклонную камеру и далее выхода газов из циклонной печи, что снижает срок службы всей циклонной печи. Введение в циклонную печь расщепляемых отходов тангенциально выполненным каналам, вместо осевого ввода, вызовет сброс части расщепляемого продукта на обечайку печи, что также скажется на сроке службы футеровки циклонной печи.

Задача изобретения - обеспечение эффективного печного расщепления отходов, содержащих органические и минеральные примеси, высокая надежность работы печи при длительном периоде эксплуатации.

Поставленная задача достигается циклонной печью для сжигания отходов, содержащей циклонные камеры, размещенные друг за другом по ходу движения расщепляемых отходов, с устройствами ввода отходов, топлива, окислителя, передачи продуктов расщепления из одной циклонной камеры в следующую циклонную камеру и устройством вывода расщепляемых отходов из циклонной печи. Циклонная печь содержит три или четыре циклонные камеры, изготовленные в виде вертикальных цилиндров одного диаметра и одной высоты, выполненные из неметаллического термохимически стойкого материала и установленные на одном уровне, при этом каждая циклонная камера соприкасается с двумя соседними и футерованной обечайкой, описывающей вокруг всех циклонных камер цилиндрическую поверхность, создавая общую герметически закрытую среду для всех циклонных камер. При этом циклонные камеры соединены между собой тангенциально выполненными устройствами для передачи из одной циклонной камеры в другую циклонную камеру расщепляемых отходов и создания закручивающего циклонирующего вихря в каждой циклонной камере. Устройство ввода отходов размещено вдоль вертикальной оси на крышке по крайней мере одной циклонной камеры, а устройство вывода расщепляемых отходов установлено в последней циклонной камере тангенциально по ходу движения расщепляемых отходов.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена циклонная печь (1), состоящая из трех циклонных камер (2). В первой циклонной камере (2) на верхнем уровне организованы устройства ввода топлива (3) и устройство ввода окислителя (4), причем потоки вводимого топлива и окислителя объединяются на входе в циклонную камеру. Сверху вдоль оси первого циклона установлено устройство ввода отходов (5). В нижней части печи между первой и второй циклонной камерами выполнено устройство перевода газов из первой циклонной камеры во вторую циклонную камеру (2), причем к первой и второй циклонным камерам переход (6) выполнен тангенциально. Также тангенциально выполнен переход в верхней части печи между второй и третьей циклонными камерами (6). В нижней части третьей циклонной камеры выполнено устройство вывода расщепляемых отходов (7), сечение А-А. Вокруг всех трех циклонных камер изготовлена цилиндрическая наружная футерованная обечайка (8), создающая герметически закрытую среду сразу для всех циклонных камер. Каждая циклонная камера сверху накрыта бетонной крышкой (9), через осевую часть которых проходят отверстия для установки устройств ввода отходов, а иногда и топлива. При необходимости на этих крышках устанавливаются и гляделки для наблюдения за ведением технологического процесса.

Циклонная печь для сжигания отходов работает следующим образом. В случае сжигания газообразного или жидкого топлива в первой циклонной камере касательно к ее поперечному сечению устанавливается горелка или форсунка, куда подводится топливо и окислитель. Сгорая, топливо в окислительной среде создает короткий газовый факел, при этом образующиеся топливные газы тангенциально входят в объем циклонной камеры, создавая в ней мощный циклон. В раскаленный поток закрученного вихря вдоль оси через крышку вводятся расщепляемые отходы. Высокая температура и интенсивное перемешивание всех компонентов внутри циклонного вихря создают прекрасные условия для процесса термолиза расщепляемых отходов. За счет тангенциально выполненных устройств перехода газов между циклонными камерами создается интенсивный циклонный вихрь, соответственно во второй, а затем и третьей циклонный камерах. Большое суммарное время пребывания продуктов термолиза в циклонной печи (1,5-10 сек) способствует полному сгоранию топлива любого типа и термическому расщеплению вводимых в печь отходов.

В зависимости от типа решаемой задачи в качестве топлива может работать из газов природный газ, топливный газ, сероводород и др. горючие газы и тогда устройство ввода топлива является по существу газовой горелкой, в которую в качестве окислителя может поступать воздух или воздух, обогащенный кислородом. В случае использования жидкого топлива, например мазута и всех остальных нефтеполучаемых видов топлива или жидкой серы, устройством ввода топлива является форсунка с возможными различными механизмами распыла топлива. Как правило, в этом случае основная масса окислителя вводится в циклон, не смешиваясь с жидким топливом. В случае решения задачи, когда надо применять пылеобразное твердое топливо: уголь, сланцы или серу, то его целесообразно вдувать в циклон вдоль оси через крышку циклонной камеры. В этом случае, если надо еще сжигать и отходы, то они вводятся в следующую по ходу движения потока циклонную камеру устройством ввода отходов, размещенным на крышке циклона в районе его оси. И все же наиболее часто применяемой точкой ввода отходов является точка (7).

Общая герметичная обечайка, охватывающая все циклоны, препятствует выбросам газов в окружающую среду даже при работе циклонной печи под давлением, поскольку сами циклонные камеры, изготовленные из неметаллических термохимически стойких материалов (например, огнеупорного кирпича), в принципе проницаемы для газов. Контакт каждой циклонной камеры с обечайкой только по одной вертикальной линии резко уменьшает теплопередачу со стороны циклонных камер на обечайку. Таким образом, температура металлической части обечайки существенно ниже 100°С, при температуре кладки циклонных камер 1000-1300°С.

Те же принципы и условия, описанные выше для трехкамерных циклонов, работают и в случае создания четырехкамерной циклонной печи, представленной на фиг.2. Потребность в создании таких печей возникает в случае, когда расщеплению подвергается такой вид отходов, который требует очень значительного времени (>2 сек) пребывания компонентов термолиза в реакционной зоне. Также применение четырехкамерных циклонных печей оправдано в случае сжигания трудносгораемого топлива (например, сера или каменноугольная пыль), в этом случае для сжигания топлива отводится целиком первой циклон, а сжигаемые отходы подаются во второй или последующие циклонные камеры.

Данные по работе циклонной печи сведены в таблицу.

  123Расщепляемый отходОтработанная серная кислота алкил.Кубовый остаток очистных сооруж.Отработ. кислота пр-ва хладоновКоличество расщ. отходов0,692 т/час5 т/ч1,5 т/чТопливо (колич.)386 нм³/ч1440 нм³/ч1245 кг/чВид топлива(сероводород 89%)(природный газ)(сера)Окислительвоздухобогащенный воздух 30% О₂ВоздухКоличество окислителя3908 м³/ч11100 м³/ч4086 м³/чОбъем газа на выходе из печи3647 нм³/ч15040 нм³/ч4935 нм³/чТемпература газов1200°C1100°C1200CКоличество циклонных камер3 шт.3 шт.4 шт.Диаметр внутренний цикл. Камеры0,635 м1,2 м0,6 мДиаметр наружной печи2,6 м4,2 м3,0 мВысота печи7 м5 м5 мРеакционный объем6 м³17 м³6 м³Фиктивное время пребывания в печи3 сек4 сек5 сек

В первом примере рассмотрена возможность термического расщепления отработанной серной кислоты, отхода процесса алкилации бензина, широко применяемая на нефтеперерабатывающих заводах с использованием сероводорода в качестве топлива. Сернистые газы, получаемые в ходе разложения кислоты, используются для получения регенерированной серной кислоты. Поскольку регенерация отработанной кислоты на стороне обходится предприятию 20 дол. США за тонну, свежую серную кислоту они закупают по 14 дол. за тонну, а тонна сероводорода предприятию обходится по 15 дол. за тонну, то калькуляция этого способа утилизации следующая:

8000[0,692.20-0,800+(1,728+0,69).14]=390000 дол. США

Стоимость установки 800000 тыс. дол. США. При пятилетней окупаемости на установке можно получить 200000 дол. США прибыли в год.

Во втором примере циклонная печь используется для сжигания до твердой фазы кубовых остатков, нарабатываемых на очистных сооружениях предприятия. В случае захоронения каждая тонна стоит предприятию 17 дол. США. В качестве топлива в этом случае используется топливный газ при стоимости 50 дол. США за 1 тыс. м³ газа. Установка при строительстве под ключ стоит 30000 дол. США.

8000[5.17-1,440.50]=104000 дол. США

Таким образом, несмотря на чисто экологическую направленность действующей установки, она полностью окупается за три года.

В третьем примере отработанная серная кислота от производства хладонов сжигается в токе газов, получаемых от сжигания серы. Сернистые газы используются для получения 100% жидкого диоксида серы, продаваемого по 60 дол. за тонну продукта.

8000[1,5.20+3.60-1,245.20]=1412 тыс. дол. США

Стоимость установки 3 млн. дол. США, поэтому такая установка целиком окупается за три года.

Таким образом, несмотря на экологическую направленность деятельности всех установок, приведенных в примерах, они полностью окупаются за 3-5 лет.

Изобретение относится к устройствам сжигания различных видов топлив, особенно для термического расщепления различного вида отходов и использования в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Циклонная печь для сжигания отходов содержит циклонные камеры, размещенные друг за другом по ходу движения расщепляемых отходов, устройства ввода топлива и окислителя. Передачу продуктов расщепления из одной циклонной камеры в следующую циклонную камеру осуществляют посредством тангенциально выполненных устройств прямоугольного или овального сечения, они же и создают закручивающийся вихрь в каждой камере. Циклонная печь, состоящая из трех или четырех циклонных камер, изготовленных в виде вертикальных цилиндров одного диаметра и одной высоты, выполнена из неметаллических термохимически стойких материалов. Все циклонные камеры описаны наружной футерованной обечайкой, тем самым создавая герметически закрытую среду, препятствуя утечке газов из циклонных камер в окружающую среду. Устройство ввода отходов размещено в центре любой крышки, вдоль ее оси, а устройство вывода - в последней циклонной камере. Изобретение позволяет повысить надежность работы печи при длительной эксплуатации и малых теплопотерях, обеспечить эффективное расщепление отходов. 2 ил., 1 табл.

Циклонная печь для сжигания отходов, содержащая циклонные камеры, размещенные друг за другом по ходу движения расщепляемых отходов, с устройствами ввода отходов, топлива, окислителя, передачи продуктов расщепления из одной циклонной камеры в следующую циклонную камеру и устройством вывода расщепляемых отходов из циклонной печи, отличающаяся тем, что она содержит три или четыре циклонные камеры, изготовленные в виде вертикальных цилиндров одного диаметра и одной высоты, выполненные из неметаллического термохимически стойкого материала и установленные на одном уровне, каждая циклонная камера соприкасается с двумя соседними и с футерованной обечайкой, описывающей вокруг всех циклонных камер цилиндрическую поверхность, создавая общую герметически закрытую среду для всех циклонных камер, при этом циклонные камеры соединены между собой тангенциально выполненными устройствами для передачи из одной циклонной камеры в другую циклонную камеру расщепляемых отходов и создания закручивающего вихря в каждой циклонной камере, устройство ввода отходов размещено вдоль вертикальной оси на крышке, по крайней мере, одной циклонной камеры, а устройство вывода расщепляемых отходов установлено в последней циклонной камере тангенциально и по ходу движения расщепляемых отходов.