ОГНЕВОЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ
FLAME NEUTRALISER OF INDUSTRIAL WASTES

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к устройствам для термического обезвреживания жидких промышленных стоков, представляющих собой водные растворы, содержащие растворенные и взвешенные горючие компоненты, и может быть использовано при термической утилизации промышленных стоков (путем испарения в факеле пластовой воды с одновременным сжиганием органических и вредных веществ - сероводорода, меркаптанов и др.).
Огневое обезвреживание жидких технологических отходов может быть применено в химической, нефтехимической, электротехнической промышленности и в других отраслях народного хозяйства.
Известна установка для термического обезвреживания жидких отходов, содержащая емкость для обработки жидких отходов с патрубками аварийного слива, отвода парогазовой смеси и патрубком отвода концентрата к устройству для разделения суспензии жидких отходов на жидкую и твердую фракции, камеру пульсирующего горения с горелочными устройствами, резонансную трубу, циклонный барботажный испаритель. Установка снабжена эжектором, соединенным, соответственно, трубопроводами с насосом подачи жидких отходов, источником подачи озоновоздушной смеси и подогревателем смеси жидких отходов с озоновоздушной смесью, размещенным в резонансной трубе. Подогреватель соединен трубопроводом с автономным энергокомплексом: гидропаровая турбина-генератор, соединенная трубопроводами, соответственно, с емкостью предварительно обработанных жидких отходов и со всасывающим трубопроводом воздуходувки, обеспечивающим подачу образовавшейся паровоздушной смеси с продуктами обработки жидких отходов в камеру пульсирующего горения, а жидких отходов - в емкость предварительно обработанных жидких отходов, соединенную трубопроводом с емкостью обработки жидких продуктов (патент РФ на изобретение № 2320924).
Недостатком известного устройства является возможность загрязнения атмосферы вредными компонентами потоком дымовых газов, в результате чего снижаются экологические характеристики устройства. Кроме того, отсутствует возможность механизированного удаления сухого остатка из камеры сгорания. Из-за необходимости использовать периодический режим работы устройства, состоящий из рабочего цикла, цикла остывания устройства, цикла очистки огневой камеры от термически обезвреженного сухого остатка, снижается тепловая эффективность.
Известна установка для термического обезвреживания жидких отходов, содержащая вертикальную огневую камеру с горелочным устройством, форсунками для подачи отходов, леткой для вывода плава, выходными отверстиями для выхода газов, кольцевой испаритель барботажного типа, установленный соосно с огневой камерой, разделенный перегородками на секции, соединенные с выходными отверстиями огневой камеры, теплообменник с входной и выходной камерами. Входная камера теплообменника соединена трубопроводом с воздуходувкой и источником подачи озона, при этом выходные торцы труб теплообменника размещены ниже патрубка аварийного слива (патент РФ на изобретение № 2060430).
Недостатками известного устройства являются повышенные дополнительные энергозатраты на осуществление процесса барботажа, а также возможность проникновения механических примесей с потоком дымовых газов из камеры сгорания в атмосферу, снижающие эффективность термического обезвреживания жидких промышленных отходов и тепловой КПД устройства.
Известна установка для огневого обезвреживания жидких отходов, включающая циклонную печь с выходным отверстием для выпуска расплава, воздушный рекуператор для подогрева воздуха, охладитель для снятия тепла дымовых газов, сухой пылеуловитель и дымовую трубу. Дополнительно установка снабжена соединенным с циклонной печью термохимическим реактором для обработки дымовых газов аминосодержащей присадкой с форсунками, расположенными на его боковых стенках на расстоянии не более 1 диаметра циклонной печи от оси последней. Охладитель выполнен в виде скруббера, а между скруббером-охладителем и сухим пылеуловителем расположен центробежный каплеуловитель, выходная труба которого выполнена с двумя патрубками. При этом один патрубок сообщен с атмосферой, а другой - с сухим пылеуловителем. В центре днища циклонной печи выполнен выступ из огнеупорного материала, имеющий диаметр не более 0,3 диаметра циклонной печи и высоту, равную высоте нижней отметки выходного отверстия циклонной печи для дымовых газов (патент РФ на изобретение № 2159391).
Установка имеет достаточно сложную в изготовлении конструкцию и состоит из большого количества сопрягаемых узлов, что создает определенные трудности в процессе эксплуатации в силу отсутствия узла, контролирующего работу установки.
Известен огневой нейтрализатор промышленных стоков, содержащий теплоизолированный корпус, резервуар для обезвреживаемой жидкости с патрубком подвода обезвреживаемой жидкости, излучающие горелки с кольцевым настильным факелом, размещенные в амбразурах излучателей, воздушные каналы, газоход, соединенный с дымовой трубой, размещенной над резервуаром. Резервуар для обезвреживаемой жидкости выполнен из открытых сверху рабочих и оборотных контейнеров, установленных попарно на теплоизолированные снизу вагонетки, размещенные внутри смежных друг с другом контейнерных секций, излучающие горелки размещены в ряд в верхней части контейнерных секций (патент РФ на полезную модель № 74689).
Основным недостатком известной конструкции является большая вероятность спекания сухого остатка в резервуаре для обезвреживаемой жидкости в силу отсутствия системы разрежения. Кроме того, конструкция предусматривает прямое соединение (газоход) резервуарного пространства с дымовой трубой, что может привести к ситуации, когда пар не будет выходить в атмосферу. Такая внештатная ситуация вполне может стать аварийной, так как задувание атмосферного воздуха в дымовую трубу может привести к затуханию пламени в резервуаре. Для организации горения в известной конструкции использована свеча накаливания, которая не всегда воспламеняется при подаче холодного газа, что существенно повышает риск использования такой установки на промышленных объектах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является установка 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. Циклонная печь снабжена кожухом, тангенциально расположенными нагрузочными газовыми горелками. Кожух установлен с зазором относительно корпуса циклонной печи для охлаждения камеры сгорания воздухом, подаваемым на горение. 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 (патент РФ на изобретение №2304742).
Устройство снабжено несколькими газовыми горелками и форсунками подачи жидких отходов, имеет достаточно сложную в изготовлении конструкцию и состоит из большого количества сопрягаемых узлов, что создает определенные трудности в процессе эксплуатации в силу отсутствия узла, контролирующего работу установки. Кроме того, устройство в процессе работы потребляет значительное количество газо- и энергоресурсов, что также негативно сказывается на его потребительских характеристиках.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение эффективности сжигания сточных вод при снижении затрат на потребление газа и электроэнергии.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в распылении обезвреживаемой жидкости в мелкодисперсную фракцию и обеспечении отвода и очистки дымовых газов после сжигания.
Поставленная задача решается тем, что огневой нейтрализатор промышленных стоков, включающий топку с входным и выходным патрубками, горелочное устройство, выполненное с возможностью подключения к источнику газа, форсунку подачи жидких отходов, устройство охлаждения отходящих газов, содержащее соединенные по технологическому циклу газоход, циклон, дымосос и дымовую трубу, согласно техническому решению, снабжен воздуходувкой, при этом топка выполнена в виде горизонтально ориентированной камеры, горелочное устройство и воздуходувка подключены к входному патрубку топки с возможностью формирования горизонтально направленного в сторону топки факела горения, а форсунка подачи жидких отходов смонтирована с возможностью распыления промышленных стоков в полость топки. Огневой нейтрализатор может быть снабжен контейнером для накопления продукта переработки, размещенным под циклоном. Горизонтально ориентированная камера выполнена в виде цилиндра, при этом входной патрубок размещен в центральной части торцевой стенки цилиндра, а выходной патрубок размещен в нижней части противоположной торцевой стенки цилиндра. Огневой нейтрализатор снабжен взрывным клапаном, смонтированным на торцевой стенке топки со стороны размещения выходного патрубка. Кроме того, нейтрализатор снабжен теплоизолированным корпусом, в котором размещены воздуходувка, горелочное устройство, входной патрубок и, частично, камера топки, а также блоком размещения контрольно-измерительных приборов и автоматики, расположенным в корпусе.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг.1-3 представлены виды устройства заявляемой конструкции сбоку, со стороны входа, и сверху соответственно.
На фиг.4 схематично представлен вид на вход топки.
На фиг.5 схематично представлена трехмерная модель заявляемого устройства.
Позициями на чертежах обозначены:
1. топка,
2. горелочное устройство,
3. входной патрубок,
4. запорная арматура,
5. нагнетательный насос (воздуходувка),
6. форсунка,
7. клапан-отсекатель,
8. шкаф КИПиА,
9. корпус,
10. дефлектор,
11. взрывной клапан,
12. газоход,
13. циклон,
14. камера очищенного воздуха,
15. дымосос,
16. дымовая труба,
17. бункер,
18. контейнер для вывода сухого остатка.
Огневой нейтрализатор может быть установлен в котельных для обезвреживания солесодержащих стоков, на объектах газоподготовки, транспортировки нефти и газа для удаления метанола, очистки нефтесодержащих стоков. Устройство содержит топку 1, представляющую собой теплоизолированную камеру в форме горизонтально ориентированного цилиндра. Торцевые и боковая цилиндрическая стенки камеры обмурованы, при этом толщина обмуровки достигает 1/8 внешнего диаметра цилиндра. В процессе эксплуатации температура внутри топки достигает 1200°С, а на внешней ее поверхности за счет толстого слоя теплоизоляции около 50°С. Кроме того, слой обмуровки обеспечивает направление излучающего эффекта внутрь топки, увеличивая температуру внутри нее на 150°С. Топка 1 снабжена датчиком температуры поверхности обмуровки и датчиком пламени (не показаны). В центральной части торцевой стенки камеры-топки подключен входной патрубок 3, в который вмонтировано горелочное устройство 2. Во входном патрубке 3 со стороны входа в топку 1 размещена форсунка 6 для подачи и распыления жидких отходов из трубопровода. Форсунка 6 имеет угол распыления 60° и диаметр распыливающего отверстия не более 1 мм. Горелочное устройство 2 подключено к источнику подачи газа и снабжено запорной арматурой 4 и газовой обвязкой для редуцирования газа. Давление газа на горелке обеспечивается около 0,1 МПа. К входу горелочного устройства также подключен нагнетательный насос - воздуходувка 5, обеспечивающий постоянное давление воздуха 50 кПа. На форсунку 6 жидкие отходы подают из подводящего трубопровода, снабженного клапаном-отсекателем 7, насосом для увеличения давления жидкости до 5 атм. Вся газовая обвязка, подводящие трубопроводы и запорная арматура укомплектованы измерительными датчиками (давления газа, давления промстоков на входе и т.д.) и расположены в теплоизолированном корпусе 9, снабженном дефлектором 10. Дефлектор - устанавливаемое на трубе неподвижное ветрозащитное устройство, которое повышает тягу, подсасывая газы из трубы за счет энергии ветра. В корпусе 9 также расположен шкаф контроля, измерения и автоматизации систем управления (шкаф КИПиА) 8, предназначенный для автоматизации, контроля, сигнализации и защиты оборудования объектов управления заявляемого нейтрализатора.
С противоположного торца (относительно входа) топки размещен взрывной клапан 11, представляющий собой отверстие, расположенное оппозитно входному отверстию, предназначенному для подключения входного патрубка и горелочного устройства, и закрытое материалом (асбестовое полотно и др.), легко разрушающимся во время взрыва. Также в торцевой стенке топки выполнен выходной патрубок, в который вмонтирован газоход 12, соединяющий полость топки 1 с полостью группового циклона 13, снабженного бункером 17 для сбора пылевого остатка. В верхней части циклона расположен вход камеры 14 для сбора очищенного воздуха, выполненной в виде «улитки», выход которой посредством воздуховода соединен с дымососом 15, предназначенным для удаления газообразных продуктов сгорания топлива. Под бункером 17 размещен съемный контейнер 18 для вывода сухого остатка, снабженный датчиком заполнения. В состав дымососа 15 входят следующие узлы: рабочее колесо, «улитка», всасывающая воронка и осевой направляющий аппарат (не показаны). Рабочее колесо состоит из крыльчатки и ступицы. Крыльчатка представляет собой сварную конструкцию, состоящую из листовых изогнутых лопаток, расположенных между основным и коническим покрывающими дисками. Выход дымососа 15 соединен с дымовой трубой 16. Все газоходы и воздуховоды снабжены теплоизоляцией, слой которой достигает 100 мм.
3
Заявляемое устройство работает следующим образом. Огневой нейтрализатор размещают на месте эксплуатации, подключают трубопровод подачи жидких отходов ко входному патрубку нейтрализатора. Монтируют газовую обвязку, приводя в соответствие значения давлений газа во входном трубопроводе с давлением на горелочном устройстве. Установку запускают, поджигая свечу горелочного устройства и добиваются устойчивого горения по показаниям датчиков пламени. Включают нагнетательный насос, обеспечивая подачу воздуха в зону горения. Устройство готово к эксплуатации в случае, когда показания датчика температуры, установленного на дымовой трубе, достигают 200°С - температуры точки росы. Открывают клапан-отсекатель, включают насос для увеличения давления жидкости, инициируя подачу жидких отходов из трубопровода в нейтрализатор. Отходы поступают в зону горения горелочного устройства и распыляются в топке посредством форсунки. Распыление происходит под углом 60° из отверстия диаметром не более 1 мм. Так как распыление осуществляют в зоне формирования пламени, то происходит мгновенное сгорание твердых микроскопических веществ и испарение молекул воды. С учетом такого распыления и сжигания снижается потребление газа на обеспечение бесперебойной работы установки. Так, максимальное потребление газа составляет не более 160 м/час. Таким образом, в результате сжигания образуются дымовые газы, содержащие как молекулы азота, кислорода и углерода, так и молекулы вредных веществ, выброс которых в атмосферу недопустим. Дымовые газы по газоходу поступают в циклон. Дымосос при этом создает в газоходе разрежение, за счет чего и происходит затягивание дымовых газов по газоходу. Дымовые газы поступают в верхнюю часть циклона через входной патрубок. Улавливание пыли происходит под действием центробежной силы, возникающей при движении газа между корпусом циклона и выхлопной трубой. Пыль ссыпается в бункер, а очищенный газ выбрасывается через воздуховод. В циклоне происходит осаждение вредных веществ в бункер, а воздух через камеру очищенного воздуха по воздуховоду втягивается в дымосос и направляется на выход дымовой трубы. Вследствие интенсивного вращения газов в корпусе циклона статическое давление понижается от его периферии к центру. Такая же картина наблюдается и в пылесборном бункере. Накопленные вредные вещества из бункера перемещают в контейнер и вывозят. Всю работу нейтрализатора контролируют по показаниям датчиков, установленных по периметру устройства.
Пример конкретного выполнения.
3
3
3
Изготовлен огневой нейтрализатор, содержащий топку в виде прямого цилиндра с внешним диаметром 1600 мм, размещенного горизонтально на боковой поверхности. Газовая обвязка, подающие трубопроводы, запорная арматура и система управления нейтрализатором аккумулированы в теплоизолированном корпусе 3000×2960 мм, который является также служебным помещением для размещения оператора. Нейтрализатор снабжен горелочным устройством с горелкой газовой вихревого типа ГГВ100С, нагнетательным насосом - воздуходувкой производительностью 1480 м/час, форсункой для жидкого топлива механического типа, дымососом производительностью 6820 м/час. Циклон групповой сборки обладает производительностью 5600 м/час.
Заявляемое устройство позволяет производить эффективное уничтожение жидких промышленных отходов с существенной экономией потребляемого природного сырья для сжигания отходов (до 1000 л/час) и повышенным уровнем экологической безопасности за счет оснащения нейтрализатора системой доочистки дымовых газов.