СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ И КАМЕРНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК F23G5/00 

Изобретение относится к утилизации жидких и твердых отходов и может быть использовано на транспорте, на промышленных предприятиях и предприятиях химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях, при эксплуатации судов и кораблей.

Известны способы утилизации твердых отходов в камерных печах, US 5285737 A, F 23 B 5/00, 15.02.1994, путем подачи сверху топлива, воспламеняющего отходы. Уходящие газы при этом засасывают через отверстия в дымоходе воздух, охлаждая уходящие газы. Снизу печи смонтирована на роликовых опорах выдвигаемая горячая камера, позволяющая удалять зольные отходы. Приведенный способ утилизации твердых отходов является наиболее близким аналогом к заявляемому и является прототипом.

Недостатки указанного способа заключаются в необходимости сжигания топлива для утилизации твердых отходов, отсутствие эффективного перемешивания в процессе сжигания твердых отходов, наличие специальной системы топливоподачи, раздельное открывание горячей камеры для удаления зольных отходов, малоэффективное охлаждение уходящих газов за счет самозасасывания уходящими газами охлаждающего воздуха через отверстия в дымоходе и возможности выхода через эти отверстия дымовых газов при повышенном сопротивлении всего дымохода, что особенно важно при расположении утилизатора в помещении.

Целью настоящего изобретения является снижение затрат при утилизации отходов, повышение надежности работы и удобства обслуживания установки.

Основные технические результаты, благодаря которым обеспечивается выполнение поставленных задач, это:

- эффективное перемешивание твердых отходов при их сжигании теплом, полученным при утилизации жидких горючих отходов;

- открытость внутренних частей установки при выдвижении двери на роликовых опорах;

- топливоподготовка жидких горючих отходов и надежная вытяжка из установки.

Указанные цели достигаются в предлагаемом способе утилизации отходов в камерной печи.

Способ утилизации отходов заключается в том, что отходы загружают в перфорированный барабан при его выдвижении из камеры сгорания печи, перемешивание твердых отходов при сжигании осуществляют периодическим вращением указанного барабана. В качестве топлива используют горючие и диспергированные нефтесодержащие жидкие отходы, подаваемые пневматически в горелку камеры сгорания. Указанные жидкие отходы и распыливающий их воздух предварительно подогревают теплом уходящих газов. В процессе сжигания в печь принудительно нагнетают воздух, разделяемый на три потока. Первый поток проходит через горелку, охлаждает ее верхнюю часть и попадает в камеру сгорания. Второй поток воздуха проходит через полость, образованную реактором, содержащим камеру сгорания, и наружным кожухом, охлаждает кожух, через отверстия в стенке реактора попадает в камеру сгорания. Первый и второй потоки обеспечивают горение жидких и твердых отходов в камере сгорания. Третий поток воздуха нагнетают в газоотводящую трубу, и он охлаждает и эжжектирует уходящие газы.

Камерная печь для реализации способа утилизации отходов состоит из разъемного реактора с теплоизоляцией и каркаса, в боковых стенках которого выполнены в горизонтальной плоскости отверстия для подачи воздуха в камеру сгорания реактора. Вокруг каркаса с зазором по периметру расположен разъемный кожух с выдвижной дверью, выполненной на роликовых опорах, перемещающихся по направляющим. Выдвижная дверь выполнена заодно с зольным поддоном и стойками, на которых установлен жестко на валу, имеющем торцевую прорезь, разъемный перфорированный барабан. Барабан выполнен таким образом, что при закрытой двери вал барабана совпадает со сквозным отверстием, проходящим через реактор с теплоизоляцией и каркасом и кожух. В это сквозное отверстие установлена Z - образная ручка, конец которой профилирован и входит в торцевую прорезь вала. В верхней части реактора расположены горелка для сжигания топлива и газоотводящая труба. Горелка трубопроводами связана с баком для нефтесодержащих жидких отходов с теплонагревателем и диспергатором и баком с дизельным топливом, а также с системой сжатого воздуха, связанной с двумя баками. Газоотводящая труба снабжена соосно расположенным патрубком для эжекции воздухом уходящих газов. Внутри реактора установлена перегородка, образующая с внутренними стенками реактора камеру дожигания.

На чертеже изображен общий вид камерной печи и ее пневмогидравлическая схема.

Камерная печь состоит из реактора 1, выполненного из двух частей из армированного огнеупорного бетона, окруженного теплоизоляцией 2 и каркасом 3. Внутренняя полость реактора образует камеру сгорания. Каркас 3 также изготовлен из двух частей, соединенных болтами, закреплен на основании 5, к которому прикреплен рельс направляющий 4. На рельс 4 опираются роликовые опоры двери загрузочной 7, выполненной в монолите с опорой 8, в которую установлен вал 9 с прорезью в торце. Прорезь находится напротив сквозного отверстия, проходящего через реактор, каркас и кожух. На валу 9 жестко установлен барабан загрузочный 6, который в опоре 8 может вращаться вместе с валом 9. Барабан загрузочный расположен в камере сгорания и по образующей боковых стенок, выполненных перфорированными, соединен планками 10. Часть этих планок съемная. Под барабаном 6 на нижней части основания закреплен поддон 55. В верхней части реактора 1 имеются отверстия, в которых закреплены горелка 11 и патрубок 12 для отвода дымовых газов. Реактор окружен кожухом 54, образующим по периметру между кожухом и реактором полость. Кожух 54 также как и каркас 3 разъемный, соединен болтовыми соединениями. Разъемные элементы печи позволяют поставлять его в блочном виде для возможности транспортировки через дверные проемы судна при необходимости установки печи на эксплуатируемых судах. Над патрубком 12, соосно с ним расположена газоотводящая труба 19, в которой установлены эжектор 17 с нагнетающим вентилятором 16, термопары 15 и 18, подогреватели 20 и 21. Термопара 14 установлена в полости реактора 1, образующей камеру сгорания. В полости, образованной реактором и кожухом, установлен нагнетающий вентилятор 30, который также каналом с заслонкой связан с горелкой 11. В вертикальных стенках реактора имеются отверстия 48, соединяющие полость между реактором и кожухом с камерой сгорания. Камерная печь снабжена двумя баками топливными: 49 - бак нефтеотходов, 53 - бак дизельного топлива. Баки 49 и 53 снабжены датчиками уровня топлива 51 и 52 соответственно, а бак нефтеотходов 49 дополнительно снабжен теплонагревательными элементами 50 (ТЭНами). Топливные баки соединены трубопроводами с арматурой с горелкой 11 и другими конструктивными элементами и образуют пневмогидравлическую систему, приведенную на чертеже. Пневмогидравлическая система состоит из нескольких подсистем:

- заправки бака нефтеотходами;

- заправки бака дизельным топливом;

- подачи воздуха в баки;

- топливоподготовки;

- сброса давления воздуха;

- подачи дизельного топлива на горелку;

- подачи нефтеотходов на горелку;

- подачи сжатого воздуха на горелку;

- продувки трубопровода нефтеотходов.

- Подсистема заправки бака нефтеотходами содержит штуцер 39, который связан с корабельной системой подачи отсепарированных нефтеотходов, электромагнитный клапан 38 и трубопровод, связанный с баком нефтеотходов.

- Подсистема заправки бака дизельным топливом содержит штуцер 37, связанный с корабельной системой подачи дизельного топлива, электромагнитный клапан 36 и трубопровод, связанный с баком дизельного топлива.

- Подсистема подачи воздуха в баки содержит штуцер 41, связанный с корабельной системой сжатого воздуха, редукционный клапан 43, электромагнитный клапан 44 и трубопровод, связанный с топливными баками 49 и 53. Топливные баки 49 и 53 связаны между собой трубопроводом.

- Подсистема топливоподготовки содержит трубопровод, электронасосный агрегат 45, датчик давления 42, диспергатор 47 и предохранительный клапан 46.

- Подсистема сброса давления воздуха содержит трубопровод, электромагнитный клапан 34 и предохранительный клапан 35.

- Подсистема подачи дизельного топлива на горелку содержит трубопроводы 32, фильтр 28, электромагнитные клапаны 27, датчик давления 22.

- Подсистема подачи нефтеотходов на горелку содержит трубопроводы 33, фильтр 28, электромагнитные клапаны 26, 24, подогреватель 20, датчик давления 22.

- Подсистема подачи сжатого воздуха на горелку содержит трубопроводы 31, фильтр 28, электромагнитные клапаны 23, подогреватель 21, датчик давления 22.

- Подсистема продувки трубопровода содержит электромагнитный клапан 25 и трубопроводы, связывающие трубопроводы 31 с трубопроводами 33.

Камерная печь снабжена блоком управления 13, связанным с электроуправляемыми и электросигнализирующими элементами установки: вытяжным 16 и нагнетательным 30 вентиляторами, электронасосным агрегатом 45, ТЭНом 50, электромагнитными клапанами 23-27, 34, 36, 38, 40 и 44, термопарами 14, 15, 18, высоковольтным трансформатором 29, датчиками давления 22 (3 шт.) и 42, датчиками уровня 51 (6 шт.).

Осуществление способа утилизации отходов в камерных печах осуществляется в следующей последовательности.

Утилизация отходов в предложенной камерной печи может осуществляться в следующих сочетаниях:

- утилизация жидких нефтесодержащих и твердых отходов;

- утилизация жидких нефтесодержащих отходов;

- утилизация твердых отходов.

Утилизация жидких нефтесодержащих и твердых отходов проводится в следующей последовательности. Вначале выполняются подготовительные работы, которые заключаются в продувке печи воздухом, заполнении топливных баков, проведении топливоподготовки, загрузке твердых отходов в барабан. Затем идет непосредственно процесс утилизации нефтесодержащих жидких и твердых отходов. Окончание работы характеризуется завершающим циклом.

Подготовительные работы.

Продувка камерной печи происходит при включении вытяжного вентилятора 16 и нагнетающего вентилятора 30. При этом происходит продувка полостей, образованных наружным кожухом 54 и реактором 1, внутренних полостей реактора 1 - камеры сгорания и газоотводящей трубы 19. Необходимость этой операции обусловлена удалением паров топлива перед началом работы.

Заполнение топливных баков перед началом работы осуществляется в следующей последовательности. Открывается электромагнитный клапан 34, предназначенный для сброса давления из топливных баков, в данном случае, при заполнении баков топлива для выхода воздуха. Воздух из баков сбрасывается в полость между реактором 1 и кожухом 54. Продувка камерной печи при заполнении баков топливом продолжается. Затем открываются электромагнитные клапаны 36 и 38, при этом дизельное топливо и предварительно отсепарированные нефтеотходы через штуцеры 37 и 39 соответственно поступают в топливные баки. Уровень заполнения бака 53 дизельным топливом фиксируется датчиками уровня 52. Уровень заполнения бака 49 нефтеотходами фиксируется датчиками уровня 51. При достижении верхнего датчика уровня 52 дизельного топлива блок управления 13 дает сигнал на электромагнитный клапан 36 и он закрывается, прекращая подачу дизельного топлива. При достижении верхнего датчика уровня 51 нефтеотходами блок управления 13 дает сигнал на электромагнитный клапан 38 и он закрывается, прекращая подачу нефтеотходов. При окончании заполнения топливных баков электромагнитный клапан 34 закрывают.

Проведение топливоподготовки осуществляется в следующей последовательности. Включаются ТЭНы 50 и производится подогрев нефтеотходов до необходимой температуры. При эксплуатации печи при положительной температуре ТЭНы могут не использоваться. Включается электронасоный агрегат 45 и перекачивает нефтесодержащие жидкие отходы через диспергатор 47, который выполнен в виде трубы Вентури. Нефтеотходы на выходе из горловины диспергатора кавитируют, распадаясь на мелкие фракции и перемешиваясь, что приводит к образованию однородной структуры нефтеотходов. Приготовленные таким образом нефтеотходы, содержание воды в которых может быть до 30 %, превращаются в топливо, то есть в горючую жидкость. В системе топливоподготовки предусмотрен предохранительный клапан 46, который обеспечивает перетекание жидкости при засорении диспергатора. Датчик давления 42 при этом подает сигнал в блок управления 13, показывая, что нет диспергации и необходимо прочистить диспергатор. Топливоподготовка может производится либо в подготовительный период, либо на протяжении всего цикла работы, либо после заправки нефтеотходов в режиме утилизации. Следует отметить, что забор нефтеотходов, идущих на горелку, производится из локальной зоны, куда сливаются нефтеотходы после диспергации. Это гарантирует подачу на горелку однородной горючей смеси.

Загрузку твердых отходов в камеру сгорания производят в следующей последовательности. Выдвигают дверь загрузочную 7, которая при выдвижении на роликовых опорах по направляющим рельсам 4 выводит барабан загрузочный 6 и поддон зольный 55, расположенный под ним, из камеры сгорания реактора 1. Съемные планки 10 снимаются с барабана и в его внутреннюю полость загружаются твердые отходы. После этого съемные планки устанавливаются на место и фиксируются. Дверь загрузочная после этого задвигается в исходное положение и барабан с твердыми отходами поступает в камеру сгорания. Таким образом, камерная печь готова к работе.

Процесс утилизации.

Подается напряжение на высоковольтный трансформатор 29, обеспечивающий образование искры на электродах зажигания. Открываются электромагнитные клапаны 44 и 40, обеспечивающие подачу сжатого воздуха под необходимым давлением, за счет регулировки редукционного клапана 43, в топливные баки. Открываются электромагнитные клапаны 23, подающие воздух на горелку 11, предназначенный на распыление топлив, и электромагнитные клапаны 27. После открытия клапанов 27 дизельное топливо под воздействием давления воздуха в баках поднимается по трубопроводу 32, проходит через фильтр 28, клапаны 27, поступает в горелку 11 и, выходя из форсунки горелки, распыливается воздухом и воспламеняется от искры на электродах зажигания. После воспламенения дизельного топлива высоковольтный трансформатор 29 отключается и искра на электродах гаснет. Далее открываются электромагнитные клапаны 24 и 26 и приготовленные нефтеотходы из бака 49 под воздействием давления воздуха в баке поднимаются по трубопроводу 33, проходят фильтр 28, клапаны 26 и 24, подогреваются уходящими газами в подогревателе 20, поступают в горелку 11, на выходе из форсунки горелки распыливаются воздухом и воспламеняются от факела дизельного топлива. По мере поднятия температуры в камере сгорания реактора происходит разогрев нефтеотходов и воздуха, подаваемого на распыл топлив в подогревателях 20 и 21 соответственно, что улучшает процесс сжигания топлив. После воспламенения факела нефтеотходов и поднятия температуры в камере сгорания до 600°С (требования МАРПОЛ 73/78 - время поднятия температуры 600°С не более, чем за 5 мин) подача дизельного топлива может быть прекращена и в камере сгорания происходит утилизация нефтеотходов и твердых отходов, находящихся в барабане загрузочном. Эффективное сжигание твердых отходов в барабане загрузочном происходит вследствие следующих конструктивно-технологических решений. В процессе повышения температуры в камере сгорания увеличивается температура металлических элементов барабана: планок 10, вала 9 и др., что позволяет быстрее утилизировать отходы, соприкасающиеся с этими элементами. При сжигании твердых отходов производится вращение барабана специальной ручкой, которая через отверстия в кожухе 5 и реакторе 1 входит в зацепление через паз с валом 9. При вращении ручки и вала происходит вращение барабана 6, твердые отходы при этом эффективно перемешиваются и выгорают. Кроме того, мелкие фракции твердых отходов, вываливаясь через планки 10, падают на раскаленный поддон 55 и выгорают, а крупные фракции при уменьшенном объеме в барабане также быстрее выгорают. Барабан загрузочный изготовлен из стали 20Х23Н18, работающей при температуре 1000-1050°С. При сжигании твердых и нефтесодержащих жидких отходов нагнетательный вентилятор 30 обеспечивает подачу воздуха, который охлаждает наружный кожух 54, горелку 11 и ее элементы и способствует горению факелов топлив и горению в камере сгорания, проходя через отверстия 48. Вытяжной вентилятор 16 и эжектор 17 обеспечивают разрежение в камере сгорания реактора и тем самым вытяжку дымовых газов, исключающих проход дыма через щели (неплотности) инсинератора. Кроме того, вытяжной вентилятор снижает температуру уходящих газов, что позволяет изготавливать дымоходную трубу из обычной стали и приносит ряд других положительных эффектов, включающих увеличение срока службы дымососа, роль которого выполняет вытяжной вентилятор. Датчики давления 22 в процессе утилизации контролируют давления топлив и воздуха на распыление перед горелкой и выдают сигнал в блок управления 13 при нарушении их параметров. Таким образом происходит утилизация твердых и жидких нефтеотходов. По окончании процесса утилизации закрываются электромагнитные клапаны 23, 24, 26, прекращающие подачу нефтеотходов и воздуха, распыляющего топлива, в горелку 11. Закрывается электромагнитный клапан 44, прекращающий подачу воздуха в топливные баки 49, 53. Открывается электромагнитный клапан 34, сбрасывающий давление воздуха из топливных баков. Осуществляется продувка трубопроводов с нефтеотходами. Продувка осуществляется в горелку и в бак. При продувке в горелку открываются электромагнитные клапаны 24 и 25. При продувке в бак закрывается электромагнитный клапан 24 и открывается электромагнитный клапан 26. По завершении продувки трубопроводов нефтеотходов все электромагнитные клапаны закрывают.

Завершающий цикл.

Завершающий цикл проводят при остывшем реакторе. Для быстрого остывания вентиляторы 16 и 30 находятся в рабочем режиме. Выдвигается дверь загрузочная 7, чистится барабан загрузочный 6 и поддон зольный 55. Продукты сгорания твердых отходов (шлак и пепел) собираются в специальную емкость. Дверь загрузочная приводится в исходное рабочее положение. Выключаются электровентиляторы 16 и 30. Отключается питание камерной печи. Утилизация жидких нефтесодержащих отходов производится в той же последовательности и при выполнении тех же операций, что и в изложенном режиме, за исключением работ и операций, связанных с загрузкой твердых отходов и чисткой барабана, которые не проводятся.

Утилизация твердых отходов производится при использовании тепла, выделяемого при сжигании дизельного топлива. Поэтому повторяются последовательность работ и выполнение операций, что и при утилизации жидких нефтесодержащих и твердых отходов, за исключением работ и операций, связанных с топливоподготовкой, утилизацией нефтеотходов и продувкой трубопровода нефтеотходов.

Изложенный способ утилизации отходов и камерная печь для его осуществления воплощены в «Установке сжигания корабельных отходов» (УСКО), разработанной, изготовленной и испытанной ФГУП «ЦНИИ технологии судостроения» по заказу ВМФ.

Новизна и положительный эффект предложенного способа утилизации отходов заключается в универсальности способа, позволяющего утилизировать нефтесодержащие жидкие и (или) твердые отходы при эффективной утилизации твердых отходов за счет тепла, возникающего при утилизации жидких нефтеотходов и интенсивного их перемешивания при низкой температуре уходящих газов.

Способ утилизации отходов в камерных печах и камерная печь для его осуществления предназначены для утилизации жидких и твердых отходов. Способ утилизации отходов в камерной печи включает сжигание твердых отходов за счет тепла сжигания топлива при подаче воздуха на горение при периодическом перемешивании твердых отходов. Твердые отходы загружают в перфорированный барабан при его выдвижении из камеры сгорания печи. Перемешивание твердых отходов при сжигании осуществляют периодическим вращением указанного барабана. В качестве топлива используют горючие и диспергированные нефтесодержащие жидкие отходы, подаваемые пневматически в горелку камеры сгорания, причем указанные жидкие отходы и распыливающий их воздух предварительно подогревают теплом уходящих газов. В процессе сжигания в печь принудительно нагнетают воздух, разделяемый на три потока, один из которых проходит через отверстие для горелки в камеру сгорания, охлаждая горелку, другой проходит через полость, образованную реактором, содержащим камеру сгорания, и наружным кожухом, охлаждает кожух, через отверстия в стенке реактора попадает в камеру сгорания, оба эти потока обеспечивают горение жидких и твердых отходов, третий охлаждает и эжектирует уходящие газы. Технический результат: повышение надежности работы и удобства обслуживания установки, снижение затрат при утилизации отходов. 2 н. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ утилизации отходов в камерной печи, включающий сжигание твердых отходов за счет тепла сжигания топлива при подаче воздуха на горение при периодическом перемешивании твердых отходов, отличающийся тем, что твердые отходы загружают в перфорированный барабан при его выдвижении из камеры сгорания печи, перемешивание твердых отходов при сжигании осуществляют периодическим вращением указанного барабана, в качестве топлива используют горючие и диспергированные нефтесодержащие жидкие отходы, подаваемые пневматически в горелку камеры сгорания, причем указанные жидкие отходы и распыливающий их воздух предварительно подогревают теплом уходящих газов, в процессе сжигания в печь принудительно нагнетают воздух, разделяемый на три потока, один из которых проходит через отверстие для горелки в камеру сгорания, охлаждая горелку, другой проходит через полость, образованную реактором, содержащим камеру сгорания, и наружным кожухом, охлаждает кожух, через отверстия в стенке реактора попадает в камеру сгорания, оба эти потока обеспечивают горение жидких и твердых отходов, третий охлаждает и эжектирует уходящие газы.2. Камерная печь для реализации способа утилизации отходов по п.1, характеризующаяся тем, что она содержит разъемный реактор с теплоизоляцией и каркасом, в боковой стенке которого выполнены расположенные в горизонтальной плоскости отверстия для подачи воздуха в камеру сгорания реактора, и разъемный кожух, расположенный по отношению к каркасу с зазором по периметру, с выдвижной дверью, выполненной на роликовых опорах, перемещающихся по направляющим, причем дверь выполнена заодно с зольным поддоном и стойками, на которых установлен жестко на валу, имеющем торцевую прорезь, разъемный перфорированный барабан, выполненный таким образом, что при закрытой двери вал барабана совпадает со сквозным отверстием, проходящим через реактор с теплоизоляцией и каркасом и кожух, в верхней части реактора расположены горелка для сжигания топлива и газоотводящая труба, причем горелка трубопроводами связана с баками, один из которых с нефтесодержащими жидкими отходами и содержит теплонагреватель и диспергатор, другой с дизельным топливом и с системой сжатого воздуха, связанной с этими баками, а газоотводящая труба снабжена соосно расположенным патрубком для эжекции воздухом уходящих газов, внутри реактора установлена перегородка, образующая с внутренними стенками реактора камеру дожигания.3. Камерная печь по п.2, отличающаяся тем, что в сквозном отверстии, проходящем через реактор с теплоизоляцией и каркасом и кожух, установлена Ζ - образная ручка, конец которой профилирован и входит в торцевую прорезь вала.