ПЕЧЬ ДОЖИГА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к оборудованию установок производства серы по способу Клауса и, в частности, к оборудованию узла подготовки к выбросу в атмосферу отходящих газов после установки Клауса.
Известна печь дожига отходящих газов (Грунвальд В.Р. «Технология газовой серы», М., Химия 1992 г., с.173-175), состоящая из цилиндрической футерованной реакционной камеры, в глухом торце которой установлены одна или несколько горелок для сжигания топливного газа. Отходящие газы процесса Клауса подаются в топку в одной точке корпуса без распределительного устройства.
Недостаток существующей конструкции заключается в том, что отходящий газ подается одним потоком в устройство для дожигания и хорошее смешение его с продуктами сгорания топливного газа невозможно. Кроме того, взаимное расположение горелок топливного газа и трубопровода отходящих газов Клауса таково, что в камере сгорания создаются застойные зоны и не происходит полного вытеснения продуктов сгорания. Указанные недостатки существующей конструкции приводят к тому, что она не обеспечивает полного дожигания отходящих газов.
Задачей, которую решает предполагаемая полезная модель, является создание устройства, позволяющего интенсифицировать процесс дожигания отходящих газов Клауса за счет эффективного смешения и обеспечения равномерного распределения скорости движения продуктов горения в реакционной камере.
Поставленная задача решается тем, что печь выполнена в виде цилиндрической футерованной реакционной камеры с узлом подачи отходящего газа и воздуха на горение. Вблизи торца предлагаемой конструкции реакционной камеры тангенциально установлена, по меньшей мере, одна горелка топливного газа. Узел подачи отходящего газа и воздуха выполнен в виде 2-х концентрических патрубков. Отходящий газ и воздух подают по внутреннему и внешнему патрубкам, соответственно. В футеровке торца реакционной камеры проложены каналы, сообщающиеся, с одной стороны с узлом подачи отходящего газа и воздуха, а с другой - с камерой сгорания. Геометрические оси каналов направлены перпендикулярно оси тора, образуемого вращением факела горелки, при этом отношение суммы площадей проходного сечения каналов к площади выходного отверстия амбразуры горелки составляет 0,035÷0,1. В реакционной камере на некотором расстоянии от горелки установлена стабилизирующая решетка.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируют приведенные ниже
графические изображения.
На фиг.1 представлен общий вид печи дожига отходящих газов. На фиг 2. представлен поперечный разрез устройства.
Печь состоит из футерованной реакционной камеры 1 и узла подачи отходящего газа и воздуха, который включает патрубок для подвода отходящего газа 2 и концентрически установленный патрубок для подвода воздуха 3. В футеровке 4 торца реакционной камеры по ее периметру, симметрично оси проложены радиальные каналы 5, которые сообщаются, с одной стороны, с узлом подачи отходящего газа и воздуха, а с другой, выходят в камеру сгорания 6. Количество каналов должно быть не менее 2-х, однако при большем их количестве обеспечивается лучшее смешение отходящего газа с продуктами сгорания топливного газа.
В камере сгорания тангенциально установлена горелка 7. Количество горелок топливного газа определяется необходимостью создания устойчивого вращающегося факела.
г
г
0
0
г
0
г
0
Из литературных источников известно [1, 2], что для достижения наилучшего смешения относительная массовая скорость вдува ρV/ρV должна быть в диапазоне 0,25÷2,5, где ρ и ρ - плотность дожигаемого газа и продуктов сгорания топливного газа, соответственно, a V и V - скорости дожигаемого газа и продуктов сгорания топливного газа, соответственно.
Исходя из этого, а также из отношения расходов отходящего газа и продуктов сгорания топливного газа (характерный показатель процесса Клауса) определено оптимальное отношение суммарной площади проходного сечения всех каналов к площади выходного отверстия амбразуры 8 горелки, равное 0,035÷0,1.
На некотором расстоянии от горелки установлена стабилизирующая решетка 9. Расстояние, на которое решетка отнесена от горелки, определяется диаметром реакционной камеры. Длина ячеек 10 решетки зависит от их диаметра, а свободное проходное сечение ячеек составляет более 50% от сечения реакционной камеры.
Достижение технического результата иллюстрирует описание процесса, проходящего в печи дожигания.
Отходящий газ с установки Клауса с температурой до 150°С поступает во внутренний патрубок узла входа отходящего газа, а воздух - во внешний патрубок. Отходящий газ и воздух распределяются по каналам, в которых происходит их перемешивание, и поступают в камеру сгорания.
Одновременно в тангенциально установленную горелку подают воздух и топливный газ на сжигание, обеспечивая тороидальное вращение продуктов сгорания.
Смешанный с воздухом отходящий газ, поступая из каналов в направлении, перпендикулярном оси тора, образуемого вращением факела горелки, наиболее интенсивно перемешивается с продуктами сгорания топливного газа. Температура смеси поддерживается в пределах от 650 до 900°С.
Далее газ проходит через ячеистую стабилизирующую решетку, в которой происходит гашение тангенциальной составляющей скорости, и после нее, движется в режиме, близком к поршневому.
2
2
2
2
В отходящих газах Клауса присутствуют непрореагировавший сероводород, пары серы, сероорганические соединения серы (COS, CS), оксид углерода (СО), водород. Эти вещества в избытке кислорода при указанном уровне температур окисляются до своих полных окислов (SO, СО, НО).
Техническим результатом при использовании данной печи дожига отходящих газов является перевод всех соединений серы в диоксид серы и монооксида углерода в диоксид углерода и, как следствие, выполнение нормативных требований по полноте дожигания вредных веществ.
Кроме того, сделав акцент на эффективном смешении отходящего газа с продуктами сгорания топливного газа, удалось добиться того, что реакция окисления практически полностью прошла в вихревой части камеры сгорания, а, следовательно, удалось сократить необходимое время пребывания отходящего газа в печи дожига до 0,3 с.
Одновременно использование печи данной конструкции позволяет снизить металлоемкость, так как для дожигания отходящих газов требуется минимальный объем печи, соответствующий минимально необходимому времени пребывания продуктов сгорания в зоне реакции.
Ссылки:
1. Т.А.Гиршович «Турбулентные струи в поперечном потоке», М, Машиностроение, 1993.
2. А.А.Аксенов, А.В.Гудзовский, А.А.Дядькин, А.П.Тишин. «Смешение газов при вдуве низконапорной струи в поперечный поток», 67-74, Известия РАН, Механики жидкостей и газов, 3, 1996.