Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ МОКРЫХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к системам утилизации и может быть использовано на тепловых электрических станциях, на углеобогатительных фабриках, нефтеперерабатывающих заводах при утилизации гидрошламов и нефтешламов, а также на энерготехнологических комплексах при утилизации осадков сточных вод.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является утилизатор-золоуловитель по патенту РФ №2435102, С02В 1/10, содержащий утилизатор, входной патрубок, корпус, выходной патрубок, бункер, оросительные и распылительные сопла (прототип).

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая степень ресурсосбережения и очистки дымовых газов.

Технический результат - повышение эффективности энергоресурсосбережения и очистки дымовых газов.

Это достигается тем, что в системе утилизации мокрых углеродсодержащих отходов, содержащей топку, теплообменник и золоуловитель, топка выполнена кипящего слоя и содержит сводчатый корпус из огнеупорного материала с колосником, расположенным на расстоянии 1/3 высоты корпуса от нижней его части, на котором расположена сопловая решетка, причем суммарная площадь сопловых отверстий составляет порядка 30÷50% от площади колосниковой решетки, а в нижней части корпуса топки установлен шнековый разгрузчик, причем на колосниковой решетке расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка, а внутри корпуса котла расположены водонагревательные трубы, соединенные с теплопотребителем, при этом в сопла подается теплоноситель от дутьевого вентилятора, соединенного теплопроводом с выходом высокотемпературного воздухонагревателя теплообменного аппарата, а в боковой стенке котла установлено вихревое сопло-горелка, работающее от газообразного топлива, например биогаза, поступающего из биореактора, при этом отходы подаются от пневмозагрузочного устройства через распылительное устройство, выполненное с тангенциальным подводом теплоносителя, а дымоход расположен в одной из боковых стенок котла и соединен теплопроводом с теплообменным аппаратом, выход которого соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок, корпус, выходной патрубок, бункер, оросительные и распылительные сопла, в качестве которых используются центробежные форсунки для распыливания жидкости.

На фиг. 1 изображена схема системы утилизации мокрых углеродсодержащих отходов, на фиг. 2 - фронтальный разрез форсунки для распыливания жидкости.

Система утилизации мокрых углеродсодержащих отходов (фиг. 1, 2) содержит топку кипящего слоя 1, содержащую сводчатый корпус из огнеупорного материала с колосником 2, расположенным на расстоянии 1/3 высоты корпуса от нижней его части, на котором расположена сопловая решетка 3, причем суммарная площадь сопловых отверстий составляет порядка 30÷50% от площади колосниковой решетки 2. В нижней части корпуса топки 1 установлен шнековый разгрузчик 4. На колосниковой решетке 2 расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка или шариков из жаропрочного материала, размеры которых лежат в диапазоне 1÷3 мм, а высота насыпного слоя инертного носителя составляет порядка 0,4÷0,6 м. Внутри корпуса котла расположены водонагревательные трубы, соединенные с теплопотребителем (не показано). В сопла 3 подается теплоноситель (горячий воздух с температурой порядка 400÷600°С) от дутьевого вентилятора 5 (вентилятор высокого давления с расходом воздуха порядка 1000÷5000 м³/ч), соединенного теплопроводом 6 с выходом высокотемпературного воздухонагревателя 16 теплообменного аппарата 15. Для розжига и поддержания оптимального режима горения в боковой стенке котла установлено вихревое сопло-горелка 9, работающее от газообразного топлива, например биогаза, поступающего из биореактора 8.

Головной дутьевой вентилятор 17, соединенный со входом высокотемпературного воздухонагревателя 16, установлен последовательно с дутьевыми вентиляторами 5 и 12, которые создают требуемое давление в соплах. Дутьевой вентилятор 12 подает горячий воздух с температурой порядка 400÷600°С в распылительное устройство 10, вход которого соединен с выходом пневмозагрузочного устройства 11 для подачи мокрых углеродсодержащих отходов. Распылительное устройство 10 выполнено с тангенциальным подводом теплоносителя, что позволяет повысить его эффективность за счет вихревых процессов перемешивания жидких отходов с горячим воздухом, поступающим от высокотемпературного воздухонагревателя 16. Дымоход 13 может быть расположен в верхней сводчатой части корпуса или, по крайней мере, в одной из боковых его стенок; он соединен теплопроводом 14 с теплообменным аппаратом 15, выход которого воздуховодом 18 соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок 19 (фиг. 1-2), корпус 20, выходной патрубок, бункер, оросительные и распылительные сопла на входном патрубке 19, в качестве которых используются форсунки для распыливания жидкости (фиг. 2).

Форсунка содержит цилиндрический полый корпус 21 с каналом 23 для подвода жидкости и соосную жестко связанную с корпусом втулку 22 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 24, верхняя цилиндрическая ступень 26 которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником 27, имеющим центральное отверстие 29 и установленным с кольцевым зазором 10 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 24.

Кольцевой зазор 30 соединен по крайней мере с тремя радиальными каналами 25, выполненными в двухступенчатой втулке 24, соединяющими его с кольцевой полостью 28, образованной внутренней поверхностью втулки 2 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 26, причем кольцевая полость 28 связана с каналом 23 корпуса 21 для подвода жидкости.

К центральному сердечнику 27, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса 31, соосного центральному отверстию 29 сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника 27, а к нижнему основанию усеченного конуса 31 посредством по крайней мере трех спиц 33 прикреплен рассекатель 32, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 30.

На внешней боковой поверхности усеченного конуса 31 имеются винтовые канавки (не показаны), которые способствуют более интенсивному распыливанию жидкости.

В рассекателе 32, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса 31 посредством по крайней мере трех спиц 33 и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 30, осесимметрично центральному отверстию 29 центрального сердечника 27, выполнено дроссельное отверстие 34.

Возможен вариант, когда к втулке 22, жестко связанной с корпусом 21, в ее нижней части соосно прикреплен внешний диффузор 35, а к нижнему основанию усеченного конуса 31 распылителя, жестко прикрепленного к центральному сердечнику 27, в его нижней части, при этом на внешней боковой поверхности усеченного конуса 31 имеются винтовые канавки, соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 36, таким образом, что выходные сечения внешнего 35 и внутреннего 36 диффузоров лежат в одной плоскости.

Работа форсунки осуществляется следующим образом.

Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 21 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 28 через радиальные каналы 25, затем в кольцевой зазор 30 между соплом и центральным сердечником 27. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности и приобретает вращательное движение на винтовой внешней поверхности усеченного конуса 31.

Второе направление, по которому поступает жидкость, - через канал 23 для подвода жидкости в полость центрального отверстия 29 центрального сердечника 27, а затем через полость усеченного конуса 31 поступает на рассекатель 32, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 30, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих по этим направлениям.

Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки. Потери механической энергии при внешнем разгоне (по внешней конической поверхности) уменьшаются по сравнению с таким же разгоном в закрытом канале.

Система утилизации мокрых углеродсодержащих отходов работает следующим образом.

Для розжига и поддержания оптимального режима горения в боковой стенке котла установлено вихревое сопло-горелка 9, работающее от газообразного топлива, например биогаза, поступающего из биореактора 8. Подаваемые сверху топки через распылительное устройство 10 на колосниковую решетку 2, на которой расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка, мокрые углеродсодержащие отходы попадают на кипящий слой раскаленного кварцевого песка, при этом вода мгновенно испаряется, а твердые частички топлива интенсивно сгорают, отдавая теплоту водонагревательным трубам котла. Температура горения достигает порядка 800÷950°С, причем стабильность ее поддерживается за счет присутствия в зоне горения воды и пара и теплового аккумулятора в виде раскаленного инертного носителя, который обеспечивает необходимую инерционность процесса горения. В сопла 3 подается горячий воздух с температурой порядка 400÷600°С от дутьевого вентилятора 5 высокого давления с расходом воздуха порядка 1000÷5000 м³/ч, соединенного теплопроводом 6 с выходом высокотемпературного воздухонагревателя 16 теплообменного аппарата 15. Дымоход 13 может быть расположен в верхней сводчатой части корпуса или по крайней мере в одной из боковых его стенок; он соединен теплопроводом 14 с теплообменным аппаратом 15, выход которого воздуховодом 18 соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок 19. В мокром золоуловителе (фиг. 1, 2) отсепарированная за счет центробежных сил пыль оседает на пленке воды, стекающей по стенке аппарата, что уменьшает вторичный захват зольных частиц потока. Более высокая степень улавливания достигается при применении центробежных форсунок в качестве оросительных и распылительные сопел, а также мокрых скрубберов с устройством для предварительного увлажнения газа (например, предварительно включенным аппаратом Вентури с распылительными соплами).