Энерготехнологическая установка термического обезвреживания сточных вод Советский патент 1982 года по МПК F23G7/04 

Изобретение относится к охране окружающей среды от вредных выбросрв в частности к обезвреживанию минерализованных сточных вод методом сжигания в энерготехнологических установках (агрегатах, и может быть использовано в химической, нефтехимической, фармацевтической и др. отраслях промышленности, в которых имеются минерализованные жидкие отходы.

Известна вертикальная камера сгорания прямоугольного сечения для сжигания щелока, облицованная трубами, в крышке которой симметрично разделяющей средней поверхности, проходя- щей параллельно передней и задней стенкам топки, установлен ряд сопел для первичного воздуха, а в ее нижней части - ряд сопел для подачи щелока в зону обратного потока первичного воздуха. При этом трубы передней стенки топки вмзоне сопел для подвода щелока входят в виде выступа в объем камеры сгорания, сопла для ввода щелока расположены меткду отдельным разведенными трубами, а участок этихтруб снабжен набивной массой 1.

Наиболее близкой по технической сущности и достипаемому эффекту является энерготехнологическая установка, содержащая расположенные на одной вертикальной оси циклонное горелочное устройство для сжигания топливо-воздушной смеси, выпблненную с отверстием для вывода расплава цилиндрическую топочную камеру и испарительный охладитель, при этом циклонное ropejiO4Hoe устройство установлено в нижней части топочной камеры, а испарительный охладитель рас,положен над топочной камерой и сое|динон с ней пере химом 2.

Недостатком известных энерготехнологических установок для сжигания сидких отходов является то,что они не позволяют надежно обезвреживать минергшизованные отходы из-за налипания мнеральных составляющих на трубы радиационной части топки, их перегрева и выхода из строя, а также из-за настылеобразования, приводящего к изменению рабочего сечения топочной камеры. Из опыта эксплуатации установок термического обезвреживания минерализованных сточных вод, использующих циклонный принцип конструирования топочной , известно, что с дымовьп1Ш газамз из Ц11клона выносится около 50% солей, находящихся в топке в жидкоплавком или в парообразном соетояпин. Их температура плавления сос тавляет --- б50с« Конденсируясь или ос дая на холодных поверхностях нагрева соли затвердевают коркой, тол1чнна ко торой непрерывно растет. Эти отложения значительно ухудшают условия теп лопередачи, снижают эффективность работы теплообмемного аппарата, а иногда выводят поверхности нагрева и строя, что приводит к Остановке, установки в целом. Цель изобретения - обеспечение надежноГ работы установки при обезвреясиваппи минерализованных сточных вод за счет предотвращения непосредственного контакта, дымовых газов с тепловоспрнннмагщими поверхностями охладите.ля и отложения на них расплавленных .минеральных частиц, а также за счет исключения шлакования и застыва ния минерального расплава на выходе из топочной камеры. Цель достигается тем, что, в энер готехнологической установке термического обезвреживания сточных вод, содержащей расположенные rta одной вертикальной оси циклонное горелочное устройство для сжигания топливовоздушной смеси, выполненную с отвер стием для вывода расплава цилиндриче кую топочную камеру и испарительный охладитель, при этом циклонное горелочное устройство установлено в нижн части топочной камеры, а испарительный охладитель расположен над топочной камерой и соединен с ней пережимом, испарительный охладитель снабже воздуховодами с отверстиями для создания защитно-отклоняющей завесы, располоухенными по периметру охладителя, гфичем оси отверстий ориентированьт параллельно стенкам охладителя, а топочная камера снабжена баком для раствора солей), размещенного под ней, при этом отверстие для вывода расплава выполнено в виде кол цевого зазора между внутренней поверхностью топочной камеры и наружно поверхностью циклонного г-орелочного устройства, совпадающего с кольцевым отверстием бака для раствора солей. ,Конструкция энерготехнологической установки позволяет обеспечить хорошую сепарацию минеральны : расплавлен .юлх частиц на цилиндрическую стенку топочной камеры с последующим непреюывным выводом расплава через зазор бак для минерального раствора, а также оптимально организовать высокоскоростной вращающийся поток в центре, т.е. сделать его отжатым от тепловоспринимагощих труб, что снижает возможность атакования тепловоспринимающих труб, расположенных на стенах топочной камеры и охладителя, и тем самымдлительно сохранит теплообмен тепловоспринимающими поверхностями труб и дымовыми газами и соответственно обеспечить возможность надехсного обезвреживания минерализованных сточных вод в установке, производящей пар.. Размещение воздуховодов с отверстиями в охладителе, являющемся необходимым элементом парогенератора, исключает шлакование его тепловоспринимающих труб, так как защитно-отклоняющаяся завеса, направленная в направлении потока дымовых газов, не позволяет контактировать закрученному потоку, имеющему расплавленные минеральные частички, с паропроизводящими трубами охладителя, что также обеспечивает надежность работы установки Конструкция установки позволяет бесперебойно получать технологичес кий пар путем глубокой утилизации тепла дымовых газов, насыщенных расплавленными минеральными частицами,, при одновременном сохранении в виде раствора для нужд народного хозяйства ценных минеральных солей, имеющихся в избытке в сточной воде. Па чертеже представлена энерготехнологическая установка термического обезвреживания минерализованных сточных вод. Установка включает топочную камеру 1, испарительный охладитель 2, барабан 3 и бак для раствора 4. Топочная камера 1 в нижней части снабжена циклонным горелочным устройством 5, выше верхнего торца которого она выполнена из ошипованных труб 6, с пережимом 7. Циклонное горелочное устройство 5 имеет керамическую часть 8, выполненную из высокоглиноземистого кирпича в виде полого цилиндра, открытого со стороны верхнего основания,а боковая стенка топочной камеры 1,расположенная напротив циклонного горелочного устройства 5, имеет металлическую часть 9 f. выполненную в виде цилиндрического водоохлаждаемого кессона с нанесенной на внутреннюю сторону хромомагнезитовой обмазкой. Между этой частью топочной камеры и наружной поверхностью устройства 5 имеется зазор примерно в 100 мм. Тангенциально к внутренней образующей керамической части 8 устройства 5 установлены горелки 10 полного предварительного смешения. Верхняя часть топочной камеры 1 выполнена цилиндрической из металлических ошипованных труб, объединенных коллекторами в единую трубную систему. Газовая плотность создается за счет приварки металлических плавнидов,между трубами. Нижний коллектор 11 расположен над металлической частью 9 топочной камеры 1. В проемах меж|ДУ трубами 6 топочной камеры 1 установлены гнезда для центробежных форсунок 12 для распыливания мине-, рализованных сточных вод, а также для гляделок и лаза. Пережим 7 топочной камеры 1 выполнен из ошипован ной трубы 13 в виде усеченного конуса, меньшим основанием обращенного в сторону топочной камеры 1. Нижний 11 и верхний 14 коллекторы соединены с барабаном 3 соответствен но опускными 15 и подъемными 16 трубами. В нижнем-коллекторе 11 ,предусмотрены продувочные штуцера. Бак для раствора 4 выполнен цилиндрическим, установлен непосредственно под топочной камерой 1 и циклонным горелочным устройством 5 и снабжен штуцерами для ввода и вывода раствора, а также для добавления све жей воды . В верхней части установки расположен испарительный охладитель 2, предназначенный для утилизации тепла дымовых газов и представляющий со бой конструкцию, содержащую единую трубную систему, объединенную коллекторами 17 и 18, связанными с барабаном 3, а также воздуховоды 19 с отверстиями для ввода воздуха в виде защитно-отклоняющей завесы и газоходы. Воздуховоды с отверстиями 19 установлены рядами по периметру поперечного сечения многогранника-охладителя и по его высоте на расстоянии одного ряда от другого, равномУоТр/ а отношение общей ( суммарной -) площади активного сечения отверстий IFo и площади поперечного сечения многогранника-охладителя Ррхл выбирается равным или меньшим 0,18, т.е. е -7оДохл,,1й. рада Трубная система состоит из соединенных между собой восьми панелей, образующих вертикальный восьмигранни который снаружи прикрывается металли ческим кожухом с изоляцией. В верхне части кожуха установлен взрывной клапа Каждая панель имеет два коллектора,сое диненных трубами. Внутренние трубы с помощью плавниковых вставок соединены между собой и образ уют газоплотный ряд/При этом в верхней части ряда образованы окна для прохода дымовых газов. Наружный ряд труб рас положен в шахматном порядке. Верхний 18 и нижний 17 коллекторы имеют штуцеры для соединения с барабаном 3 при помощи подъемных 20 и опускных 21 труб. Барабан 3 оборудован внутренним сепарационным устройством, выполненным в виде перфорированного металлического щита, соединен с верхними коллекторами 18 и 14 подъемными трубами 20 и 16 ..соответственно, а с ниж ними коллекторами 17 и 11 - опускными трубами 21 и 15 соответственно, образуя два контура естественной циркуляции. Металлические газоходы имеют переменное сечение и оборудованы карманами для улавливания сухой соли. Установка работает следующим образом. В горелки 10 циклонного горепочного устройства 5 подают смесь топливного газа 600 при давлении Д5000 Па-и воздуха 0250 нм/ч при давлении 10000 Па.При этом воздух идет как для сжигания топливного газа, так и для окисления органических составляющих сточной воды. Дымовые газы, полученные от сжигания топливного газа, из керамической части 8 устройства 5 с температурой 1973 К поступают в верхнюю часть топочной камеры 1, вступают в контакт с распыляемой в количестве 3 (теплота сгорания 2,48 мДж/кг через центробежные механические форсунки 12 минерализованной сточной водой. Попадая в зону высоких температур, капли сточной воды нагреваются, испаряются и перегреваются, а минеральная ее часть в виде расплава сепарируется за счет центробежных сил вращающегося потока дымовых газов на стенках ошипованных труб б и стека г вниз, проходя в зазоре между керамической 8 и металлической 9 частями устройства 5 и топочной камеры 1. Толщина стенки керамической части 8 циклонного горелочного устройства 5 выбрана с расчетом обеспечения жидкоподБижного состояния расплава соли, который затем попадает в бак для раствора 4, заполненный рециркулирующим .раствором солей. Этим обеспечивается растворение расплава с последующей перекачкой 26%-ного раствора для промышленного использования. При перегреве паров сточной воды органическая часть ее разлагается.на : элементы и окисляется до безвредных компонентов дымовых газов.Часть ми:неральной составляющей сточной воды в виде паров или капель выносится из топочной камеры 1 через пережим 7, который заданным образом организует аэродинамическую структуру всего газового потока продуктов сгорания и обез.вреживания (дымовых газов. Из топочной камеры 1 дымовые газы в количестве 12000 нм /ч с температурой 1273 К поступают в нижнюю часть охладителя 2 и двигаются вдоль внутренних рядов панелей. Параллельно этому газовому потоку вдоль стен охладителя 2 через отверстия воздуховодов 19 подается плоскими струями прозрачный для теплового излучения ;Воздух в количестве 3000 нм/ч, обрузующий защитно-отклоняющую завесу

между noiOKOM дымовых 1,азов и тепловоспринимаюш.ей поверхностью охладителя 2, Эта завеса делает незоэможным непосредственный контакт дымовых газов с тешювоспринимагащими поверхностями охладителя 2, Скорость BtJX газов II воздуха в завесе удовлетворяют условию несмемения потоков по всей длине охладителя 2,

Площадь поверхности нагреза внутpennjix рядов испарительного охладителя 2 С1.10рана таким образом, что темгг.-:|-;аТ:/ра дымовых газов по.цдерживаeTcrf TIG ypoBiie 873 К, т.е. ниже температуры плавления большинства смес:ей солей г, в частпости, для солей Кгииюй минерализованной сточной воды I Таким образом, соли поступают в KOUBGKTiiijHyfo часть охладителя 2 только в сухом твердом виде и в этой.части установки ис1 лючено осаждение солей на трубах за счет продольного омывания поверхностей Е агрева и высоких скоростей газового потока, обеспечивагоцего их самообдувку.

Дойдя до верхней части панелей охладителя 2 и отдав часть своего i тепла через поверхность труб воде; циркулирующей по контуру барабан опускн;з:е) трубы - трубные панели ггодъемныЭ трубы - барабан дглмовые газы, охлажденfjHG до 873 К, через ок.на поступают в межтрубное пространстВО( образованное кажухом и внутре 1 ним рядом труб панелей При этом они охлаж7:аются до 573 К, после чего на/правляются в газоход и выводятся на уровне верхней части топочной камеры 1

Питательная вод:(а с температурой 377 К из барабана 3 по опускным трубам 15 и 21 поступает в нижние коллекторы 11 и 17 топочной камеры 1 и охладители 2 и распределяется по тепловоспринимающйм трубам Образовавшаяся пароводяная эмульсия поступает в верхние коллекторы 14 и 18 и по подъемным трубам 16 и 20 поступает в барабан 3, где сепарационное устройс во разд.еляет эмульси о и. выделенный пар в количестве 6,7 т/ч с давлением 1,3НПа и температурой 467 Кнаправляют на технологические нужды предпрлятия,

Энерготехнологическая установка надежно вырабатывает пар при обезвреживании сильно минерализованных сточных вод за счет затруднения отложения ( сепарации расплавленных динepaльныx частичек в верхней части топочной камеры и исключает отложение этих частичек на трубах испарительного охладителя,

Формула изобретения

Энерготехнологическая установка термического обезвреживания сточных вод, содержащая расположенные на одной вертикальной оси циклонное горелочное устройство для сжигания топливо-воздушной смеси, выполненную с отверстием ддля вывода расплава цилиндрическую топочную камеру и испарительный охладитель, при этом циклонно горелочное устройство установлено в нижней части топочной камеры, а испарительный охладитель расположен над топочной камерой и соединен с ней пережимом, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения надежной работы установки при обезврежи|вании минерализованных сточных вод, испарительный охладитель снабжен воздуховодами с отБерстияг и для создания защитно-отклоняющей завесы, расположенныгии-по периметру охладителя, причем оси отверстий-ориентированы параллельно стенкам охладителя а топочная камера снабжена баком для раствора солей, размещенного под ней, при этом отверстие для вывода р асплава выполнено в виде кольцевого зазора между внутренней поверхностью топочной камеры и наружной поверхностью циклонного горелочного устройства, совпадающего с кольцевым отверстием бака для раствора солей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ № 2052315 кл. 24 d 2 1973. .

2.Циклонные топки. Под ред .Г.Ф.Кнорре и М.Л .Наджарова.М.т-Л. .Госэнергокздат, 1958, с. 16.

, Во8а

питательной

Воздух

R (

-ч.I

AbiMoStie газы