Установка для термической утилизации водного раствора токсичных веществ
INSTALLATION FOR THERMAL UTILIZATION OF AN AQUEOUS SOLUTION OF TOXIC SUBSTANCE

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно, к установкам для термической утилизации водного раствора токсичных веществ, например, формальдегида путем сжигания в печи водного его раствора.
Известна циклонная печь для обезвреживания жидких отходов деревообработки, преимущественно сточной воды производства карбамидо-формальдегидных смол. Печь содержит вертикальный цилиндрический корпус с тангенциально расположенными горелочным устройством, соплами для подачи мелкофракционных древесных отходов и для подачи жидких отходов, воздухораспределитель с соплами, установленный с возможностью осевого перемещения, газоход и пережим. При этом выходная часть воздухораспределителя выполнена в виде усеченного конуса вращения, обращенного большим основанием вверх навстречу выходу из жидких отходов, а сопла воздухораспределителя выполнены по периферии большего основания под углом к нему в сторону крутки продуктов сгорания в печи (патент RU №2336463, МПК F23G 7/04, 2008 г.).
Недостатком известного устройства является достаточно сложная организация процесса горения топлива и испарения сточной воды, содержащей вредные вещества - метанол и формальдегид, в результате чего дробление жидких отходов на мелкие капли происходит при ударе о раскаленную поверхность воздухораспределителя и выжигание метанола и формальдегида.
Наиболее близким аналогом является установка для сжигания твердого топлива, куда вместо твердого топлива можно подать, например, смесь керосина с воздухом и для термической утилизации водный раствор токсичных веществ. Корпус установки с топочной камерой выполнен из стального листа в виде горизонтально расположенного цилиндра с глухими торцами, который установлен на фундаменте. Стальные листы с отверстиями, из которых состоит топочная камера, жестко уложены на ободы поперек них и по периметру поверхности корпуса до колосниковой решетки. Ободы, выполненные в виде дуг, проложены поперек корпуса на расстоянии друг от друга и установлены на колосниковую решетку. Люк с крышкой для загрузки твердого топлива в камеру расположен под перегородкой, разделяющей камеру на две части, и в центре корпуса в его боковой части.
Технологический люк с крышкой расположен на одном из торцов корпуса в нижней его части, а колосниковая решетка установлена горизонтально внутри корпуса под технологическим люком. Труба для удаления золы установлена в нижней части корпуса под решеткой, а труба для удаления дымовых газов установлена на верхней части корпуса вблизи торца корпуса, где расположен технологический люк.
Перегородка, разделяющая камеру на две части, выполнена из двух листов с отверстиями, расположенных друг от друга с зазором. Зазор соединен с полостями для прохода в него воздуха, при этом внутри зазора поперек листов на расстоянии друг от друга установлены ребра жесткости, которые жестко закреплены к стальным ободам. Между перегородкой и торцом топочной камеры организована щель для перехода дыма из нижней камеры в верхнюю. Снаружи корпуса печи вдоль него на верхней его части и по его бокам установлены коллекторы для подачи воздуха, выполненные из стальных труб (Патент РФ на Полезную модель №203810 «Установка для сжигания твердого топлива», F23M 9/04, 2021 г.).
Однако в известной полезной модели не предусмотрено устройство подачи водного раствора токсичного вещества (формальдегида).
Известно устройство для поддержания горения в печи, которое содержит корпус, установленный соосно в нем внешний цилиндр, на конце которого с внутренней стороны образован цилиндрический буртик с поперечными прямоугольными канавками, а на другом его конце выполнены отверстия для подачи топлива, цилиндрическую вставку, соосно расположенную с внешним цилиндром, образующую с ним канал для перепуска топлива, сообщенный с отверстиями для подачи топлива, выполненную с отверстиями для подачи воздуха и образующую торцом и цилиндрическим буртиком внешнего цилиндра кольцевую щель для прохода топлива, внутренний цилиндр, установленный соосно с цилиндрической вставкой, образующий с ней канал для перепуска воздуха, сообщенный с отверстиями для подачи воздуха и кольцевой щелью для прохода топлива, и имеющий на конце с внутренней стороны цилиндрический выступ с продольными прямоугольными канавками, и электрическую свечу, установленную во внутреннем цилиндре. Цилиндрическая вставка отцентрована с помощью пилонов. На корпусе с наружной стороны установлены коллекторы с подводящими трубопроводами для подачи воздуха и топлива, а также фланец для крепления устройства к печи. Для предотвращения утечки топлива между корпусом и внешним цилиндром, между внешним цилиндром и цилиндрической вставкой, а также между цилиндрической вставкой и внутренним цилиндром установлены прокладки (Патент на ПМ №179847, МПК F23D 11/10, 2018 г.).
Однако в известном устройстве не предусмотрен узел подачи водного раствора токсичного вещества, что усложняет совместную подачу горючей смеси и водного раствора смолы и их смешение внутри печи.
Задачей предлагаемого изобретения является организация быстрого испарения водного раствора токсичного вещества путем совместной подачи горючей смеси и водного раствора токсичного вещества и их смешение, в результате чего при горении горючей смеси внутри печи происходит быстрое испарение токсичной жидкости за счет ее подачи в центр очага горения топлива, а также окончательное разложение токсичной жидкости в безвредное вещество при достижении температуры продуктов сгорания 1200°С за счет досжигания продуктов сгорания топлива во второй камере печи путем подвода дополнительного воздуха.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемым изобретением, является разложение токсичной жидкости в безвредные вещества, за счет применения новой горелки печи, выполненной в виде трехкомпонентной форсунки, состоящей из эмульсионной форсунки для подачи горючей топливной смеси (например, метан + воздух) и шнековой форсунки для подачи токсичной жидкости.
Поставленная задача решается тем, что установка для термической утилизации водного раствора токсичных веществ, согласно формуле изобретения по п. 1, включает корпус, выполненный из стального листа в виде горизонтально расположенного цилиндра с глухими торцами и установленный на фундаменте, трубу для удаления выхлопных газов, установленную снаружи в верхней части корпуса вблизи одного из торцов корпуса, колосниковую решетку, установленную горизонтально внутри корпуса на расстоянии от его днища, топочную камеру, выполненную из стальных листов с отверстиями и установленную внутри корпуса с зазором и соосно с корпусом, при этом топочная камера уложена на стальные ободы, выполненные в виде дуг и проложенные поперек корпуса на расстоянии друг от друга до колосниковой решетки, перегородку из стального листа, установленную внутри топочной камеры в верхней ее части параллельно колосниковой решетке и разделяющую топочную камеру на две части, при этом с торца камеры, противоположного торцу, где расположена труба для удаления выхлопных газов, образован проем между перегородкой и листами с отверстиями, уложенными в торце корпуса на ободы, снаружи корпуса печи, вдоль него, на верхней его части и по его бокам установлены коллекторы, выполненные из стальных труб, для равномерной подачи воздуха в полости, образованные корпусом печи, стальными ободами и топочной камерой, устройство для подачи горючей топливной смеси и водного раствора токсичных веществ, один конец которого проходит в топочную камеру, установлено горизонтально на торце корпуса печи, снаружи, со стороны где расположена труба для удаления выхлопных газов.
Поставленная задача решается также тем, что установка для термической утилизации водного раствора токсичных веществ, согласно формуле изобретения по п. 2, содержит устройство для подачи горючей топливной смеси и водного раствора токсичных веществ имеет корпус цилиндрической формы, выполненный из стали, внутри которого соосно с ним установлен внешний цилиндр, на одном конце которого, с внутренней стороны находится цилиндрический буртик, в котором выполнены поперечные прямоугольные канавки, а на другом его конце выполнены отверстия для подачи жидкого топлива, внутри внешнего цилиндра находится внутренний цилиндр, установленный соосно с внешним цилиндром и имеющий на одном конце отверстия для подачи воздуха, а на другом конце, с наружной его стороны, цилиндрический буртик, выполненный в виде шнека с винтовым направлением закрутки каналов, при этом буртики обоих цилиндров: один - со шнеком с винтовым направлением закрутки каналов, а другой - с поперечными прямоугольными канавками, при их сочленении образуют эмульсионную форсунку с пересекающимися прямоугольными канавками, шнековую форсунку, соосно установленную внутри внутреннего цилиндра, при этом внутри нее на одном ее конце выполнен соосно канал для подачи водного раствора токсичных веществ, который соединен через ряд отверстий с кольцевой канавкой, образованной между внутренним цилиндром и шнековой форсункой, а на другом ее конце - камера закручивания, цилиндрическую вставку, разделяющую кольцевой канал для прохода воздуха и кольцевой канал для подачи топлива, соосно установленную с внешним цилиндром и отцентрованную с помощью пилонов, установленных между внутренним цилиндром и цилиндрической вставкой, которая образует с внешним цилиндром канал для перепуска жидкого топлива, при этом между торцом цилиндрической вставки и цилиндрическим буртиком внешнего цилиндра образована кольцевая щель для прохода жидкого топлива, а на другом конце цилиндрической вставки выполнены отверстия для подачи воздуха в кольцевой канал, образованный между цилиндрической вставкой и внутренним цилиндром, коллектор для подачи жидкого топлива и коллектор для подачи воздуха, соосно установлены с наружной стороны корпуса.
На фиг. 1 приведен продольный разрез предлагаемой установки.
На фиг. 2 представлен продольный разрез предлагаемой установки.
На фиг. 3 показан продольный разрез предлагаемого устройства для подачи горючей топливной смеси и токсичной жидкости.
Предлагаемая установка для термической утилизации водного раствора токсичных веществ содержит корпус 1, выполненный из стального листа в виде горизонтально расположенного цилиндра с глухими торцами 2 и установленный на фундаменте 3, трубу 4 для удаления выхлопных газов, установленную снаружи в верхней части корпуса 1 вблизи одного из торцов 2 корпуса, колосниковую решетку 5, установленную горизонтально внутри корпуса 1 на расстоянии от его днища, топочную камеру 6, выполненную из стальных листов с отверстиями 7 и установленную внутри корпуса 1 с зазором и соосно с корпусом 1. При этом топочная камера 6 уложена на стальные ободы 8, выполненные в виде дуг и проложенные поперек корпуса 1 на расстоянии друг от друга до колосниковой решетки 5, а перегородка 9 из стального листа с отверстиями 7 установлена внутри топочной камеры 6 в верхней ее части параллельно колосниковой решетке 5 и разделяющую топочную камеру 6 на две части. При этом с торца 2 камеры, противоположного торцу, где расположена труба 4 для удаления дыма, образован проем 10 между перегородкой 9 и листами с отверстиями 2, уложенными в торце корпуса на ободы. Снаружи корпуса 1 печи, вдоль него, на верхней его части и по его бокам установлены коллекторы 11, выполненные из стальных труб, для равномерной подачи воздуха в полости, образованные корпусом 1 печи, стальными ободами 8 и топочной камерой 6.
Установка содержит также устройство 12 для подачи горючей топливной смеси и водного раствора токсичных веществ, один конец которого проходит в топочную камеру 6. При этом устройство 12 установлено горизонтально на торце корпуса 1 печи, снаружи, со стороны где расположена труба 4 для удаления выхлопных газов.
Устройство 12 для подачи горючей топливной смеси и водного раствора токсичных веществ имеет корпус 13 цилиндрической формы, выполненный из стали, внутри которого соосно с ним установлен внешний цилиндр 14, на одном конце которого, с внутренней стороны находится цилиндрический буртик 15, выполненный в виде поперечных прямоугольных канавок, а на другом его конце выполнены отверстия 24 для подачи жидкого топлива.
Внутри внешнего цилиндра 14 находится внутренний цилиндр 21, установленный соосно с внешним цилиндром 14 и имеющий на одном конце отверстия 26 для подачи воздуха, а на другом конце, с наружной его стороны, цилиндрический буртик 22, выполненный в виде шнека с винтовым направлением закрутки каналов, при этом буртики 22 и 15 обоих цилиндров: один - со шнеком с винтовым направлением закрутки каналов 22, другой - с поперечными прямоугольными канавками 15, при их сочленении образуют эмульсионную форсунку с пересекающимися прямоугольными канавками.
Устройство 12 содержит также шнековую форсунку 28, соосно установленную внутри внутреннего цилиндра 21. При этом внутри нее выполнен соосный канал 31 для подачи водного раствора токсичных веществ, который соединен через ряд отверстий 32 с кольцевой канавкой 32, образованной между внутренним цилиндром 21 и шнековой форсункой 29, а также содержит цилиндрическую вставку 16, разделяющую кольцевой канал 20 для прохода воздуха и кольцевой канал 19 для перепуска топлива, соосно установленную с внешним цилиндром и отцентрованную с помощью пилонов 18, установленных между внутренним цилиндром 21 и цилиндрической вставкой 16, которая образует с внешним цилиндром 14 канал для перепуска жидкого топлива. При этом между торцом цилиндрической вставки 16 и цилиндрическим буртиком 15 внешнего цилиндра 14 образована кольцевая щель 17 для прохода жидкого топлива, а на другом конце цилиндрической вставки 16 выполнены отверстия 26 для подачи воздуха в кольцевой канал 20, образованный между цилиндрической вставкой 16 и внутренним цилиндром 21. Коллектор 23 для подачи жидкого топлива через патрубок 36 и коллектор 25 для подачи воздуха через патрубок 35 соосно установлены с корпусом 1 с наружной его стороны.
Между корпусом 13 и внешним цилиндром 14, между внешним цилиндром 14 и кольцевой вставкой 16, между кольцевой вставкой 16 и внутренним цилиндром 21, а также между внутренним цилиндром 21 и шнековой форсункой 28 установлены для обеспечения герметичности прокладки 27. Для пристыковки устройства 12 к корпусу 1 печи предусмотрен фланец 34.
Предлагаемая установка для термической утилизации водного раствора токсичных веществ работает следующим образом.
Сжатый воздух и жидкое топливо (например, солярка) одновременно подаются через патрубки 35 и 36 в коллекторы 23 и 25 соответственно. Затем они поступают раздельно через отверстия 24 и 26 в каналы 19 и 20 для перепуска топлива и воздуха. Далее топливо проходит через кольцевую щель 17 в конец канала 20 для перепуска воздуха и смешивается с последним. Для устранения возможного преждевременного воспламенения топливовоздушной смеси из-за смешения топлива с воздухом каналы 19 и 20 отделены один от другого цилиндрической вставкой 16. За счет турбулизации потока (возникновения вихрей) в поперечных прямоугольных канавках и шнеках с винтовым направлением закрутки каналов, образованных в буртиках цилиндров 15 и 22, жидкое топливо дробится на мельчайшие капли, в результате чего топливовоздушная смесь из устройства 12 для термической утилизации водного раствора токсичных веществ выходит в виде мелкого аэрозоля (тумана) и поджигается от факела пламени.
Водный раствор токсичного вещества, например, формальдегида, под давлением подается в канал 31, выполненный соосно внутри шнековой форсунки 28. Далее раствор проходит через ряд отверстий 32 и попадает в кольцевой канал 33, откуда он устремляется в буртик, в котором выполнены поперечные прямоугольные канавки 29, где струя получает вращательное движение, в результате чего поток жидкости в камеру закручивания 30 поступает тангенциально и получает внутри нее вращательное движение. Внутри камеры закручивания 30 струя водного раствора токсичного вещества за счет возникшей центробежной силы прибивается к стенке камеры 30, а по ее центру образуется газовый вихрь. Затем поток жидкости, получивший вдоль стенки камеры 30 вращательное движение, истекает из нее в виде пелены и распадается на мелкие капли внутри ядра факела пламени. Внутри ядра пламени капли жидкости испаряются, в результате чего утилизируется токсичное вещество за счет высокой температуры в ядре пламени.
Использование предлагаемого изобретения позволит утилизировать водные растворы токсичных веществ. При этом благодаря воздействию высокой температуры горячих газов они превратятся в безвредные вещества, что несомненно улучшит экологическую обстановку окружающей среды.