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 №2471726, C02B 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, каждая из которых содержит корпус с камерой завихрения и сопло, корпус выполнен в виде штуцера с отверстием для подвода жидкости из магистрали и жестко соединенной с ним цилиндрической, соосной гильзой с внешней резьбой, а соосно корпусу, в его нижней части подсоединено посредством гильзы с внутренней резьбой сопло, выполненное в виде центробежного завихрителя второй ступени в виде цилиндрической полости с, по крайней мере тремя, тангенциальными вводами в виде цилиндрических отверстий, при этом гильза является частью сопла и установлена коаксиально и соосно по отношению к центробежному завихрителю второй ступени, который в верхней части снабжен цилиндрической частью, переходящей в коническую часть, образующую кольцевой конический зазор с корпусом, а над центробежным завихрителем второй ступени установлена вихревая цилиндрическая камера, являющаяся первой ступенью завихрителя жидкости, выполненная в виде соосно размещенного в ней штока с закрепленной на нем винтовой пластиной, при этом шток закреплен на трех стержнях, подсоединенных к конической камере, соединяющей завихрители первой и второй ступеней, при этом центробежный завихритель установлен в корпусе с образованием кольцевой цилиндрической камеры для подвода жидкости к тангенциальным вводам центробежного завихрителя, цилиндрическая полость которого соединена с выходной конической камерой сопла.

На фиг.1 изображена схема системы утилизации мокрых углеродсодержащих отходов, на фиг.2 - вид сверху золоуловителя, на фиг.3 - фронтальный разрез форсунки для распыливания жидкости, на фиг.4 - разрез А-А фиг.1.

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 (на чертеже не показано). В сопла 3 подается теплоноситель (горячий воздух с температурой порядка 400÷600°C) 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 с 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°C 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 21, бункер 22, оросительные 23 и распылительные 24 сопла, в качестве которых используются центробежные форсунки для распыливания жидкости (фиг.3), каждая из которых содержит корпус 25, который выполнен в виде штуцера с отверстием 27 для подвода жидкости из магистрали, и жестко соединенной с ним цилиндрической, соосной гильзой 26 с внешней резьбой. Соосно корпусу 25, в его нижней части подсоединено посредством гильзы 31 с внутренней резьбой сопло 29, выполненное в виде центробежного завихрителя 41 второй ступени в виде цилиндрической полости 39 с, по крайней мере тремя, тангенциальными вводами 40 в виде цилиндрических отверстий (фиг.4). Гильза 31 является частью сопла 29 и установлена коаксиально и соосно по отношению к центробежному завихрителю 41 второй ступени. Завихритель 41 в верхней части снабжен цилиндрической частью 32, переходящей в коническую часть 36, которая образует кольцевой конический зазор с корпусом 25 и служит обтекателем подводимой жидкости, которая разделяется на два потока.

Над центробежным завихрителем 41 второй ступени установлена вихревая цилиндрическая камера 33, являющаяся первой ступенью завихрителя жидкости, выполненная в виде соосно размещенного в ней штока 38 с закрепленной на нем винтовой пластиной 34, при этом шток 38 закреплен на трех стержнях 35, подсоединенных к конической камере 37, соединяющей завихрители первой и второй ступеней. Центробежный завихритель 41 установлен в корпусе 25 с образованием кольцевой цилиндрической камеры 30 для подвода жидкости к тангенциальным вводам 40 центробежного завихрителя, цилиндрическая полость 39 которого соединена с выходной конической камерой 42 сопла 29.

К корпусу, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц 43 подсоединен распылитель 44, расположенный перпендикулярно оси корпуса и выполненный в виде перфорированного диска с отверстиями 45. Диск распылителя образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность, является кривая линия n-го порядка, например эллиптическая, параболическая и др., а вторая - плоскость.

Спицы 43, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, расположены радиально по отношению к оси корпуса и по форме могут быть выполнены прямыми (на чертеже не показано) и изогнутыми, причем к корпусу они крепятся посредством винтов, а к диску - либо с помощью разъемного соединения, например резьбового, либо неразъемного, например контактной сваркой, при этом распылитель форсунки может быть выполнен из твердых материалов, например карбида вольфрама.

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 с 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°C, 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°C 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 23 и распылительных 24 сопел, а также мокрых скрубберов с устройством для предварительного увлажнения газа (например, предварительно включенным аппаратом Вентури с распылительными соплами 24).

Центробежная форсунка со встречно-закрученными потоками типа ВЗП работает следующим образом. При подаче жидкости под давлением в полость отверстия 27 корпуса 25 она делится на два равномерных потока: один поток устремляется через вихревую цилиндрическую камеру 33, являющуюся первой ступенью завихрителя жидкости, а из нее - в коническую камеру 37, соединяющую завихрители первой и второй ступеней. Направление крутки у завихрителей первой и второй ступеней противоположное, поэтому в цилиндрической камере 39 происходит взаимодействие вихревых потоков жидкости с их дроблением и превращением в мелкодисперсный поток. В конической камере 42 сопла 29 происходит дробление капель жидкости в двух вращающихся в противоположных направления вихрях, с получением мелкодисперсной фазы.