СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ЖИДКИХ ОТХОДОВ Российский патент 2025 года по МПК E21B43/34 F23G7/04 C02F9/00 

Изобретение относится к термической обработке сточных вод, которые могут содержать гомологический ряд алканов, метанола, диэтиленгликоля, метил-/этилмеркаптана, сероводорода на предприятиях химической, нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленности, строительной, деревообрабатывающей, легкой, пищевой промышленности, в транспортной отрасли, в коммунально-бытовой сфере и т.п.

Обработка сточных вод путем их термического испарения (сжигания) давно известна и широко используется в добывающих и перерабатывающих отраслях промышленности, в строительстве и в коммунальном хозяйстве. В частности, сжигание сточных вод применяется в тех случаях, когда, слив очищенных стоков в водоемы невозможен или нежелателен по физическим или экологическим причинам. Например, слив стоков в водоемы может быть невозможен в условиях вечной мерзлоты или запрещен на водоохранных территориях.

Из патента на изобретение РФ №2460017 известна горизонтальная факельная установка ГФУ-5М, предназначенная для термической утилизации пластовой воды на открытом воздухе путем ее испарения в газовом факеле при температуре 1000-1200°С с одновременным сжиганием содержащихся в ней органических и иных вредных веществ - сероводорода, меркаптанов и т.п. Установка ГФУ-5М позволяет снизить капитальные и эксплуатационные расходы на утилизацию стоков и сократить сроки ввода в эксплуатацию газовых скважин и технологических установок. Максимальная производительность установки составляет 6 м³/час, расчетное количество газа на сжигание 1 м³ промышленных стоков - 400-800 м³. Недостатками такой установки являются влияние погодных условий (ветер, температура воздуха) на степень сжигания загрязнений, отсутствие контроля степени сжигания загрязнений, отсутствие очистки дымовых газов от твердых частиц, необходимость создания полосы отчуждения вокруг установки, низкая производительность по стокам и высокий удельный расход газа.

Из патента на изобретение РФ №2799897 известно устройство для термической нейтрализации промышленных стоков. Устройство для термической нейтрализации промышленных стоков содержит систему трубопроводов подачи газа и жидкости с запорным оборудованием, устройство нейтрализации промышленных стоков, снабженное двумя горизонтальными горелками и соединенное с трубопроводом подачи жидкости посредством патрубка входа жидкости, а с трубопроводом подачи газа посредством патрубка входа газа. Недостатками такой установки являются отсутствие камер сгорания и камеры дожига, что приводит к некачественной утилизации жидких отходов и большому выбросу загрязняющих веществ.

Из патента на изобретение РФ №2620669 известен способ и установка для сжигания сточных вод. Установка для сжигания сточных вод содержит узел грубой фильтрации, узел химической подготовки, электрофлотатор, отстойник, дегидрататор, узел тонкой фильтрации и ионного обмена, инсинератор и скруббер. При этом согласно способу сжигания сточных вод, загрязненные стоки подаются для сжигания в инсинератор, очищенные стоки подаются в скруббер для распыления в потоке продуктов сгорания из инсинератора, а кек направляется на термическое обезвреживание с целью дальнейшей утилизации. Техническим результатом является повышение объемов переработки сточных вод без сливания в водоемы или дренирования результата переработки. Недостатками данного способа являются отсутствие стадии дожига дымовых газов с выдержкой 2…2,5 с при температуре 1000…1200°С, отсутствие гибкой регулировки процесса обезвреживания при значительном изменении калорийности утилизируемых жидких отходов, риск образования в нижней части дымовой трубы большого количества конденсата, образовавшегося из большого количества пара, уносимого дымовыми газами, сложность очистки пода циклонной печи и высокая частота чистки от расплавленных солей.

Из патентной заявки на изобретение RU 2005132841 известна установка для термического обезвреживания жидких отходов, содержащая циклонную печь с газовой горелкой, установленной на ее крышке, форсунки для подачи жидких отходов, устройство охлаждения отходящих газов, включающее ряд форсунок для распыления воды, соединенное верхним газоходом с трубой Вентури и циклоном-каплеуловителем, дымовую трубу, отличающаяся тем, что циклонная печь снабжена кожухом, установленным с зазором относительно корпуса циклонной печи для охлаждения камеры сгорания воздухом, подаваемым на горение, тангенциально расположенными нагрузочными газовыми горелками, форсунки для подачи жидких отходов расположены в плоскости ниже плоскости нагрузочных горелок на расстоянии 0,3 диаметра печи и направлены под углом 8-10° к радиальному направлению навстречу вращению потока продуктов сгорания нагрузочных горелок, газовая горелка на крышке печи выполнена автоматической, устройство охлаждения отходящих газов имеет ряд форсунок, установленных на его входном патрубке, и, по крайней мере, три яруса форсунок для распыления воды, расположенных по ходу движения газового потока. Недостатками такой установки является наличие мокрого скруббера для работы которого требуется расходование чистой воды, отсутствие камеры дожига дымовых газов.

Из патента на полезную модель RU 160276 известна установка для сжигания сточных вод коксохимического производства, содержащая вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с жаростойкой футеровкой, снабженную форсунками для распыления сточной воды, газовыми горелками, расположенными ярусами в радиальном направлении по высоте камеры, и радиальными форсунками для распыления технической воды с целью охлаждения дымовых газов, расположенными в верхней части камеры сгорания перед отводящим газоходом. Недостатками такой установки являются расходование технической воды для охлаждения дымовых газов, необходимость последующей очистки дымовых газов от твердых частиц, сложная система коллекторов для подачи топливного газа на газовые горелки и сточной воды на форсунки для распыления.

Задачей заявленного технического решения для полной утилизации жидких отходов (технологической воды и производственных стоков), выделяемых на установках подготовки газа, нефтеперерабатывающих заводах, химической промышленности, с периодически изменяющейся калорийностью и концентрацией загрязняющих веществ, повышение производительности установки, повышение безопасности.

Технический результат заключается в повышении эффективности утилизации засчет полной утилизации жидких отходов с периодически изменяющейся калорийностью и концентрацией загрязняющих веществ, повышение производительности установки, повышение безопасности.

Поставленный технический результат достигается тем, что, установка термической обезвреживания жидких отходов, содержит:

- блок комплексной подготовки жидких отходов к термической утилизации (БПСТУ), в который включена технологическая линия подготовки жидких отходов к термической утилизации (ТЛПП), технологическая линия подачи жидких отходов на термическую утилизацию (ТЛПС), система автоматизированного управления технологическими процессами и энергообеспечения (САУиЭ), который выполнен с возможностью удаления крупных загрязнений из жидких отходов, которые поступают на вход вместе с технической водой.

- блок буферных емкостей (ББЕ), вход которого соединен с выходом БПСТУ, который выполнен с возможностью накопления жидких отходов без крупных загрязнений и с возможностью равномерной их подачи с заданным расходом и напором на выходе, который соединен с БПСТУ;

- блок термической утилизации (БТУ), состоит из горизонтальной камеры (камеры сгорания) и вертикальной циклонной камеры (камеры дожига), вход которых соединен с выходами БПСТУ, БПА и линией топливного газа, и которые выполнены с возможностью сжигания жидких отходов, причем камера дожига выполнена с возможностью сбора и выгрузки золы с установленным двойным разгрузочным клапаном на конусном днище камеры дожига, при этом БТУ включает расходомер подачи жидких отходов, топливного газа, воздуха, датчик температуры, которые выполнены с возможностью осуществления мониторинга, настройки и автоматического регулирования соотношения подачи компонентов поступаемого топливного газа, воздуха, жидких отходов и температуры в объеме обоих камер сгорания БТУ;

- блок подготовки и подачи азота (БПА) выполнен с возможностью для получения, хранения и подачи азота в камеру сгорания БТУ при срабатывании сигнала пожар.

Способ термического обезвреживания жидких отходов, включает в себя следующие стадии:

- (а) в БПСТУ удаляют крупные загрязнения из поступающих жидких отходов;

- (б) в ББЕ накапливают жидкие отходы без крупных загрязнений из БПСТУ и равномерно их подают с заданным расходом и напором в БПСТУ, а затем на термическую утилизацию в БТУ;

- (в) в БПА подготавливают и накапливают азот, который подают в камеру сгорания БТУ при возникновении пожара;

- (г) в БТУ осуществляют термическую утилизацию жидких отходов, поступивших из БПСТУ в 2 этапа: сначала в горизонтальной камере (камере сгорания) осуществляют их испарение в факеле с одновременным сжиганием органических веществ при температуре 800-900°С, а затем осуществляют дожиг в вертикальной циклонной камере (камере дожига) при температуре 1000-1200°С в зависимости от калорийности утилизируемых отходов;

- (д) в САУиЭ осуществляют автоматическую корректировку мощности газогорелочного устройства БТУ за счет установки дополнительного датчика температуры в камере сгорания БТУ и установки расходомеров на линии подачи жидких отходов, топливного газа и воздуха, которые обеспечивают в режиме реального времени мониторинг соотношения расходов, утилизируемых очищенных жидких стоков, топливного газа, воздуха для окисления, подаваемых в БТУ, и температуры в камере сгорания установки.

САУиЭ предназначена для распределения электрической энергии между потребителями, а также контроля и управления технологическими процессами.

САУиЭ обеспечивает термическое обезвреживание отходов в автоматическом режиме, не требующем постоянного присутствия обслуживающего персонала. При возникновении нештатной или аварийной ситуации, САУиЭ оценивает возможность продолжения работы или останавливает процесс термического обезвреживания отходов.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1. Технологическая блок-схема установки для термического обезвреживания жидких отходов.

На фиг. 2. Блок термической утилизации (в разрезе).

На фиг. 3. Общий вид установки для термического обезвреживания жидких отходов (вид сбоку).

На фиг. 4. Установка для термического обезвреживания жидких отходов (фотография).

Установка для термического обезвреживания жидких отходов включает следующие элементы:

1 - блок комплексной подготовки жидких отходов к термической утилизации (БПСТУ);

2 - блок буферных емкостей (ББЕ);

3 - блок термической утилизации (БТУ);

4 - комбинированное газогорелочное устройство;

5 - горизонтальная камера (камера сгорания);

6 - вентилятор подачи воздуха;

7 - отсек горелки;

8 - пневматическая форсунка;

9 - вертикальная циклонная камера (камера дожига);

10 - дымовая труба;

11 - двойной разгрузочный клапан;

12 - контейнер сбора золы;

13 - блок подготовки и подачи азота (БПА);

Осуществление изобретения

На фиг. 1 представлена технологическая блок-схема установки для термического обезвреживания жидких отходов. Жидкие отходы (технологическая вода и производственные стоки, которые могут содержать гомологический ряд алканов, метанола, диэтиленгликоля, метил-/этилмеркаптана, сероводорода) поступают в блок комплексной подготовки жидких отходов к термической утилизации (БПСТУ) (1) на технологическую линию подготовки жидких отходов к термической утилизации (ТЛПП), где их очищают от крупных загрязнений фильтрами, затем они поступают в блок буферных емкостей ББЕ (2), который предназначен для накопления и усреднения подготовленных для термической утилизации жидких отходов и равномерной подачи с заданным расходом и напором на термическую утилизацию. Далее насосами через технологическую линию подачи жидких отходов на термическую утилизацию ТЛПС БПСТУ (1), их подают в блок термической утилизации (БТУ) (3) на комбинированное газогорелочное устройство (4, Фиг. 2), где производится их термическое обезвреживание в горизонтальной камере сгорания (5) при температуре от 800 до 900°С (фиг. 2). Для обеспечения горения предусмотрена подача воздуха вентилятором (6, фиг. 3), установленным под навесом в отсеке горелки (7).

Принцип действия блока термической утилизации (БТУ) (3), показан на фиг. 2 и основан на мелкодисперсном распылении утилизируемых жидких отходах газом при прохождении пневматической форсунки (8) в высокотемпературный факел камеры сгорания (5) с последующей подачей газовой смеси в циклонную вертикальную камеру дожига (9) для полной термической деструкции примесей с экспозицией в течении 1,5-2 секунды при температуре от 1000 до 1200°С и одновременным выделением сухого остатка, а газообразные остатки горения выводятся в дымовую трубу (10).

Разгрузка пода камеры дожига (9) осуществляется посредством двойного разгрузочного клапана (11) в металлический контейнер сбора золы (12).

Описание выхода на режим и поддержание температуры в номинальном режиме при утилизации жидких отходов с изменяющейся калорийностью:

1. После подачи жидких стоков в комбинированном газогорелочном устройстве (4) используется механизм ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциальный с регулировкой по нескольким параметрам: подача топливного газа, подача жидких отходов, подача воздуха, давление и температура в камере сгорания) для корректировки мощности и обеспечения температуры в камере сгорания (5) и выхода на номинальный расход по жидким отходам с поддержанием температуры внутри камеры 800…900°С.Увеличение и уменьшение мощности производится с определенным шагом, величина шага задается оператором установки.

2. При увеличении температуры в камере сгорания (5) свыше 900°С без выхода на номинальный режим по расходу утилизации жидких отходов, в автоматическом режиме происходит изменение коэффициента смешения топливного газа и отходов до достижения необходимого расхода жидких отходов.

3. После выхода на номинальный режим утилизации стоков в случае изменения калорийности, подаваемых на утилизацию жидких отходов, регулировка осуществляется в автоматическом режиме по алгоритму:

3.1. При росте температуры в камере сгорания (5) выше 900°С, увеличивается коэффициент смешения на определенную величину kl, которая определяется соотношением между подачей отходов, газа (метанола) и воздуха и настраивается при наладочных работах и выжидается определенное время tl, которое может быть изменено в период наладочных работ;

3.2. Если температура продолжает расти, то повторно увеличивается коэффициент смешивания на kl (концентрация метанола, в смеси жидкие отходы - воздух) и выжидается время tl. Постепенное увеличение коэффициента производится до достижения температуры 850°С.

3.3. При достижении максимального значения коэффициента смешения регулирование температуры производится плавным снижением мощности комбинированного газогорелочного устройства (4) до прекращения увеличения температуры.

При увеличении температуры выше 950°С происходит прекращение подачи жидких отходов.

3.4. При снижении температуры в камере сгорания (5) ниже 800°С, уменьшается коэффициент смешения на kl и выжидается время tl;

3.5. Если температура продолжает понижаться, то повторно уменьшается коэффициент смешивания на kl и выжидается время tl. Постепенное уменьшение коэффициента производится до достижения температуры 850°С.

3.6. При достижении минимального значения коэффициента смешения регулирование температуры производится плавным увеличением мощности комбинированного газогорелочного устройства (4).

При уменьшении температуры ниже 750°С происходит прекращение подачи жидких отходов.

В зависимости от состава жидких отходов блок термической утилизации (БТУ) (3) может комплектоваться различным оборудованием системы газоочистки: пылеуловители, фильтра, скрубберы, дозаторы реагентов и т.д.

При возникновении аварийной ситуации (пожара) происходит остановка подачи утилизируемых отходов и топливного газа. Для предотвращения горения остатков отходов внутри камеры сгорания БТУ происходит подача азота из блока подготовки и подачи азота (БПА) (13).

Установка для термического обезвреживания жидких отходов промышленно реализована и представлена на Фиг. 4.

Изобретение относится к способу и установке термического обезвреживания жидких отходов. Техническим результатом является повышение эффективности утилизации, повышение производительности установки, повышение безопасности. Устройство содержит блок комплексной подготовки жидких отходов к термической утилизации (БПСТУ), в который включена технологическая линия подготовки жидких отходов к термической утилизации (ТЛПП), технологическая линия подачи жидких отходов на термическую утилизацию (ТЛПС), система автоматизированного управления технологическими процессами и энергообеспечения (САУиЭ), который выполнен с возможностью удаления крупных загрязнений из жидких отходов, которые поступают на вход вместе с технической водой. Также устройство содержит блок буферных емкостей (ББЕ), вход которого соединен с выходом БПСТУ, который выполнен с возможностью накопления жидких отходов без крупных загрязнений и с возможностью равномерной их подачи с заданным расходом и напором на выходе, который соединен с БПСТУ. Также устройство содержит блок термической утилизации (БТУ), состоящий из горизонтальной камеры сгорания и вертикальной циклонной камеры дожига, вход которых соединен с выходами БПСТУ, БПА и линией топливного газа, и которые выполнены с возможностью сжигания жидких отходов. Камера дожига выполнена с возможностью сбора и выгрузки золы с установленным двойным разгрузочным клапаном на конусном днище камеры дожига. БТУ включает газогорелочное устройство, содержащее пневматические форсунки, установленные перед горизонтальной камерой сгорания. Также БТУ включает расходомер подачи жидких отходов, топливного газа, воздуха, датчик температуры, которые выполнены с возможностью осуществления мониторинга, настройки и автоматического регулирования соотношения подачи компонентов поступаемого топливного газа, воздуха, жидких отходов и температуры в объеме обоих камер сгорания БТУ. Также устройство включает блок подготовки и подачи азота (БПА), выполненный с возможностью получения, хранения и подачи азота в камеру сгорания БТУ при срабатывании сигнала о пожаре. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Установка термического обезвреживания жидких отходов, содержащая:

- блок комплексной подготовки жидких отходов к термической утилизации (БПСТУ), в который включена

технологическая линия подготовки жидких отходов к термической утилизации (ТЛПП),

технологическая линия подачи жидких отходов на термическую утилизацию (ТЛПС),

система автоматизированного управления технологическими процессами и энергообеспечения (САУиЭ), который выполнен с возможностью удаления крупных загрязнений из жидких отходов, которые поступают на вход вместе с технической водой;

- блок буферных емкостей (ББЕ), вход которого соединен с выходом БПСТУ, который выполнен с возможностью накопления жидких отходов без крупных загрязнений и с возможностью равномерной их подачи с заданным расходом и напором на выходе, который соединен с БПСТУ;

- блок термической утилизации (БТУ) состоит из горизонтальной камеры сгорания и вертикальной циклонной камеры дожига, вход которых соединен с выходами БПСТУ, БПА и линией топливного газа, и которые выполнены с возможностью сжигания жидких отходов, причем камера дожига выполнена с возможностью сбора и выгрузки золы с установленным двойным разгрузочным клапаном на конусном днище камеры дожига, при этом БТУ включает газогорелочное устройство, содержащее пневматические форсунки, установленные перед горизонтальной камерой сгорания, также БТУ включает расходомер подачи жидких отходов, топливного газа, воздуха, датчик температуры, которые выполнены с возможностью осуществления мониторинга, настройки и автоматического регулирования соотношения подачи компонентов поступаемого топливного газа, воздуха, жидких отходов и температуры в объеме обоих камер сгорания БТУ;

- блок подготовки и подачи азота (БПА) выполнен с возможностью получения, хранения и подачи азота в камеру сгорания БТУ при срабатывании сигнала о пожаре.

2. Способ термического обезвреживания жидких отходов, включающий в себя следующие стадии:

- (а) в БПСТУ удаляют крупные загрязнения из поступающих жидких отходов;

- (б) в ББЕ накапливают жидкие отходы без крупных загрязнений из БПСТУ и равномерно их подают с заданным расходом и напором в БПСТУ, а затем на термическую утилизацию в БТУ;

- (в) в БПА подготавливают и накапливают азот, который подают в камеру сгорания БТУ при возникновении пожара;

- (г) в БТУ осуществляют термическую утилизацию жидких отходов, поступивших из БПСТУ в 2 этапа: сначала в горизонтальной камере сгорания осуществляют их испарение в факеле с одновременным сжиганием органических веществ при температуре 800-900°С, а затем осуществляют дожиг в вертикальной циклонной камере дожига при температуре 1000-1200°С в зависимости от калорийности утилизируемых отходов;

- (д) в САУиЭ осуществляют автоматическую корректировку мощности газогорелочного устройства БТУ за счет установки дополнительного датчика температуры в камере сгорания БТУ и установки расходомеров на линии подачи жидких отходов, топливного газа и воздуха, которые обеспечивают в режиме реального времени мониторинг соотношения расходов, утилизируемых очищенных жидких стоков, топливного газа, воздуха для окисления, подаваемых в БТУ, и температуры в камере сгорания установки.

3. Способ термического обезвреживания жидких отходов по п. 2, отличающийся тем, что термическая утилизация жидких отходов в вертикальной циклонной камере - камере дожига до полной термической деструкции примесей применяют с экспозицией 1,5-2 секунды.

4. Способ термического обезвреживания жидких отходов по п. 2, отличающийся тем, что жидкие отходы включают технологическую воду и производственные стоки, которые могут быть выбраны из гомологического ряда алканов, метанола, диэтиленгликоля, метил-/этилмеркаптана, сероводорода.