СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ
METHOD OF THERMAL NEUTRALISATION OF HARMFUL SUBSTANCES

Изобретение относится к технологии обезвреживания монооксида углерода в дренажных газах путем сжигания его в углеводородных компонентах топлива при экспериментальной отработке энергетических установок, а также к области химических технологий при производстве окиси углерода.
Известен способ огневого обезвреживания отходов в циклонной печи, заключающийся в том, что термическую обработку отходов при скорости 20÷40 м/с осуществляют в потоке закрученных высокотемпературных продуктов сгорания топливо-воздушной смеси. Причем отходы подают со скоростью 20÷40 м/с в зону продуктов сгорания против потока. Недостатком способа является его недостаточная эффективность из-за невозможности достижения в зоне обезвреживания достаточно высокой температуры.
Известен способ огневого обезвреживания вредных веществ, заключающийся в том, что смесь дожигаемых веществ с окислителем формируют на входе в проточную часть дожигателя, разогревают ее до температуры воспламенения смеси и поджигают. Поток продуктов сгорания направляют в реакционную зону дожигателя, стенки которой предварительно разогревают до адиабатической температуры горения смеси (авторское свидетельство СССР №1800230, 1993, МКИ F23G 7/06, прототип). Разрушение теплового пристеночного слоя приводит к ликвидации зоны генерации продуктов неполного сгорания и повышению средней скорости реакций по сечению реакционной зоны дожигателя, повышению эффективности процесса дожигания и снижению выбросов вредных продуктов.
Недостатками известного способа являются:
- проблемы определения и достижения необходимой температуры горения компонентов топлива;
- неопределенность интенсивности протекания процесса смешивания с окислителем и горения вредных веществ в реакционной зоне дожигателя.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение выбросов монооксида углерода ниже предельно допустимой концентрации в воздухе путем выбора оптимального режима горения компонентов топлива для сжигания этих выбросов и выбора соотношения суммарного расхода компонентов топлива с расходом вредных выбросов, поступающих на обезвреживание.
3
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе термического обезвреживания вредных веществ в дожигателе, основанном на формировании смеси вредных веществ и введении их в предварительно разогретую смесь воздуха с вспомогательным топливом, воспламенении и сжигании с образованием высокотемпературного газового потока в проточной части реакционной зоны дожигателя, согласно изобретению выбросы 10% монооксида углерода в смеси с 90% азота обезвреживают до концентрации менее 6,25 мг/м монооксида углерода в воздухе путем окисления при температуре 870÷950°C и абсолютном давлении 1,5 ата в камере сгорания углеводородного топлива в воздухе с коэффициентом избытка воздуха α=2÷3, при этом соотношение суммарного расхода компонентов топлива к расходу смеси выбирают менее 2,5.
3
3
Оптимально подобранное соотношение компонентов топлива позволяет обеспечить полное сгорание керосина и обезвредить поступающий на обезвреживание монооксид углерода путем окисления в избытке воздуха до уровня менее 6,25 мг/м ниже предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе, равной 20 мг/м.
Для получения температуры горения компонентов топлива 870÷950°C, необходимой для обезвреживания монооксида углерода, должно быть выполнено весовое отношение суммарного расхода керосина и воздуха к суммарному расходу смеси монооксида углерода и азота не ниже 2,5.
Достигается обезвреживание дренажных газов окиси углерода в установке термическим методом, то есть окислением нагретой окиси углерода в избыточном кислороде до углекислого газа для последующего удаления.
Для обезвреживания окиси углерода в качестве компонентов топлива в камере сгорания установки используются керосин и воздух, а для пусковых газовых блоков (для запуска установки) - газообразный водород и воздух. Конструктивная схема установки нейтрализации окиси углерода представлена на фиг.1, где:
1 - камера сгорания;
2 - пусковой газовый блок;
3 - выхлопная труба;
4 - выбросная труба;
5 - катушка розжига;
6 - клапан огнепреградительный;
7 - датчик температуры;
8 - вентиль;
9 - трубопровод подачи воздуха в камеру сгорания;
10 - трубопровод подачи керосина в форсунку;
11 - трубопровод подачи дренажного газа;
12 - трубопровод подачи водорода в пусковые газовые блоки;
13 - трубопровод подачи воздуха в пусковые газовые блоки;
α - коэффициент избытка окислителя (воздуха).
Подаваемый в форсунку камеры сгорания 1 керосин по трубопроводу 10 распыляется форсункой, смешивается с подаваемым по трубопроводу 9 воздухом и образует топливо-воздушную смесь, которая во время запуска зажигается пусковыми газовыми блоками 2. Водород подается в пусковые блоки по трубопроводам 12. Воздух подается в пусковые блоки по трубопроводам 13. Воспламенение газовой смеси в пусковых блоках выполняется от катушек розжига 5. Продукты сгорания керосина и воздуха с избытком окислителя поступают в выхлопную трубу 3. К выхлопной трубе по трубопроводу подачи дренажного газа 11 через огнепреградительный клапан 6 подводится смесь окиси углерода и азота (дренажный газ). В выхлопной трубе происходит смешение разогретых продуктов сгорания из камеры сгорания с дренажным газом и последующее окисление монооксида углерода до углекислого газа. Затем продукты сгорания направляются в атмосферу через выбросную трубу 4.
Для определения эффективности процесса обезвреживания монооксида углерода во время испытаний периодически проводится отбор проб на химический анализ дренажного газа на входе в выхлопную трубу, на выходе из нее и из выбросной трубы открытием вентилей 8. Контроль температуры газовой среды в выхлопной трубе выполняется датчиком температуры 7. Входные параметры компонентов топлива, параметры газовой среды в камере сгорания, в выхлопной и выбросной трубах непрерывно контролируются.
3
3
Из данных химического анализа установлено (см. таблицу), что, начиная с температуры 800°C, выброс монооксида углерода при работе установки не превышает допустимых норм (20 мг/м). Выбросы окислов азота NOx находятся ниже предельно допустимой концентрации (<1 мг/м), т.к. коэффициент избытка воздуха в камере сгорания дожигателя находится в диапазоне 1,8÷3,0.
Преимуществом предлагаемого способа является высокая эффективность и экономичность термического обезвреживания вредного вещества в процессе отработки энергетических установок и возможность использования его в других отраслях промышленности.