МОДУЛЬНАЯ ЦИКЛОННАЯ КАМЕРА ПО ОЧИСТКЕ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
MODULAR CYCLONE CHAMBER FOR FLUE GAS PURIFICATION

Изобретение относится к установкам для сжигания органических отходов и предназначено для дожигания и очистки от золоуноса, сажи, смолистых веществ и других углеродсодержащих соединений в дымовых газах.
Известна установка для высокотемпературного уничтожения отходов, включающая в себя устройство загрузки, камеру сжигания отходов, камеру дожигания дымовых газов, циклон для очистки дымовых газов от пыли, дымовую трубу и систему автоматизированного управления (Патент РФ № 2352861, Бюл. №11 от 20.04.2009). Однако камера дожигания дымовых газов и циклон для очистки дымовых газов от пыли выполнены раздельно как самостоятельные аппараты, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик установки и ее стоимости.
Известно устройство циклона для очистки газов от пыли, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с отверстием для удаления пыли, патрубок для подачи запыленного газового потока, расположенный тангенциально к корпусу и выхлопную трубу для удаления очищенного газа (Патент РФ на полезную модель № 63712, Бюл. №16 от 10.06.2007). Однако данное устройство не позволяет осуществлять глубокую очистку газа от вредных компонентов за счет их дожигания при высокой температуре.
Известна установка для очистки промышленных газовых выбросов от пыли, содержащая циклон, к выходу которого присоединено эжектирующее средство в виде пылевого вентилятора (Заявка на изобретение РФ № 2007109489, Бюл. №26 от 20.09.2007). Недостатком данного технического решения является то, что использование пылевого вентилятора в качестве эжектора приводит к необходимости дополнительных затрат электроэнергии на привод вентилятора, увеличивает габаритные характеристики и стоимость всей установки.
Известно устройство аппарата для сжигания промышленных отходов, содержащее цилиндрическую футерованную камеру сгорания с горелочным устройством и тангенциально присоединенный патрубок для подачи отходов, патрубком для подачи воздуха и отверстием для удаления продуктов сгорания (А.с. № 1605092, Бюл. №41 от 7.11.90). Однако данная установка не позволяет осуществить очистку дымовых газов от несгоревших мелкодисперсных фракций топлива.
Известна циклонная топка для сжигания недожога топливно-воздушной смеси, содержащая цилиндрическую камеру сгорания с тангенциальными соплами подачи топлива и воздуха и аксиальным выходным окном для дымовых газов (А.с. № 1241020, Бюл. №24 от 30.06.86). Однако данная установка не имеет системы очистки дымовых газов от пыли и системы охлаждения камеры сгорания, что приводит к значительному утяжелению конструкции установки из-за большой массы футеровки.
Известна циклонная топка для сжигания мелкодисперсных сред, включающая в себя горизонтальную цилиндрическую футерованную камеру сгорания с воздушной рубашкой, воздух в которую подается через тангенциально присоединенный патрубок, внутреннюю цилиндрическую вставку с выходным окном, образующую с боковой поверхностью камеры сгорания кольцевой канал, и горелочное устройство (А.с. № 1218245, Бюл. №10 от 15.03.86). Однако данная циклонная топка предназначена для сжигания мелкодисперсных топлив и не может быть использована для дожигания парогазовых выбросов и дымовых газов.
Известна установка для дожигания парогазовых выбросов, содержащая вертикальный цилиндрический футерованный корпус с расположенной в нем камерой сгорания, тангенциально присоединенными к нему горелочным устройством, патрубком для подачи загрязненных газов, патрубком подачи воздуха и выходное отверстие для дымовых газов, расположенное в центральной верхней части корпуса (А.с. № 1778447, Бюл. №44 от 30.11.92). Однако данная установка не имеет системы очистки дымовых газов от пыли и системы охлаждения камеры сгорания, что приводит к необходимости наличия более толстого слоя футеровки и значительно утяжеляет установку из-за большой массы футеровки.
Известно устройство - циклонная камера для дожигания дымовых газов, содержащая вертикальный цилиндрический футерованный корпус с расположенной в нем камерой сгорания, тангенциально присоединенными к нему горелочным устройством, патрубком для подачи загрязненных газов, патрубком подачи воздуха, и выходное отверстие для дымовых газов, расположенное в центральной верхней части корпуса, отличающаяся тем, что снабжена люком для удаления твердых частиц и пыли в нижней части корпуса, воздушной рубашкой, расположенной снаружи корпуса, выходной трубой, тангенциально присоединенными в верхней части корпуса патрубком для подачи дымовых газов и горелочным устройством, тангенциально присоединенным в нижней части воздушной рубашки патрубком для подачи воздуха, цилиндрической футерованной вставкой с центральным каналом, соединяющим нижнюю часть камеры сгорания с выходной трубой, и имеющей кольцевую внутреннюю воздушную полость, внизу связанную с нижней частью воздушной рубашки через металлические каналы, а наверху с выходной трубой для удаления дымовых газов, наконечником в виде усеченного конуса, расположенным в верхней части цилиндрической вставки, эжекторным устройством, образованным внутренней поверхностью выходной трубы и внешней поверхностью наконечника, при этом горелочное устройство расположено в патрубке для подачи дымовых газов, а между наружной стенкой цилиндрической вставки и внутренней боковой поверхностью корпуса образован кольцевой канал для тангенциального вращения сжигаемых дымовых газов Патент РФ №2479791.
Наиболее близким аналогом изобретения является US 3930802 INDUSTRIAL WASTE GAS INCINERATOR от 06.01.1976. Устройство для окисления остаточных горючих углеводородов в потоке дымовых газов, состоящий: вертикальный корпус, имеющий внутреннюю часть нижней торцевой стенки, облицованную жаростойким огнеупором, образующую камеру сгорания, и имеющую нижнюю стенку с центральным отверстием, определяющую нижний предел горения, камера; средство впуска дымовых газов, включающее в себя горизонтально расположенный выступ с центральным отверстием, лежащий под упомянутым кожухом в опорном отношении, и стенки, отходящие от упомянутого выступа, для образования камеры дымовых газов, сообщающейся с камерой сгорания; горелочное средство в камере дымовых газов; внутреннюю трубчатую втулку из жаропрочного огнеупорного материала, соосную с отверстием в нижней стенке кожуха и расположенную внутри огнеупорной стенки камеры сгорания, образуя между ними кольцевую зону расширения; средство перегородки, находящееся над указанной внутренней трубчатой втулкой, для обеспечения начального осаждения и нисходящего потока газов и увлеченных твердых частиц, причем указанное средство перегородки включает в себя перевернутый, как правило, U-образный в поперечном сечении элемент, образованный из жаропрочного огнеупорного материала, свободно окружающего верхнюю концевую часть указанной втулка и множество вертикально расположенных лопастей из огнеупорного материала, разнесенных по окружности, расположенных между указанной нижней стенкой и указанным перевернутым элементом для поддержки последнего; и средство для подачи избыточного воздуха для горения в зону расширения и ее нижний по потоку концевой участок, включающий множество разнесенных по окружности радиальных вставок, расположенных между указанным горизонтальным уступом и опорной поверхностью указанной нижней стенки. Устройство дополнительно содержит сетчатый колпачок, окружающий верхнюю концевую часть упомянутого корпуса.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности очистки дымовых газов от вредных компонентов за счет их дожигания при высоких температурах в турбулентном режиме горения и одновременной очистке дымовых газов от пыли, сажи и золы за счет инерционного движения частиц по отношению к газовому потоку и отвода газа между колпаком и корпусом дожигателя в дымовую трубу, который поднимается вверх после выхода из под отражательного колпака дожигателя. Кроме того, дожигатель может быть составной частью трубы и устанавливаться непосредственно над топкой.
Для достижения данного технического результата дожигатель устанавливается на выходе из топки. Дожигатель для дожигания дымовых газов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, с расположенной в нем камерой сгорания в виде вертикальной цилиндрической трубы, изготавливается из высокотемпературной нержавеющей стали и устанавливается непосредственно на топку. Диаметр трубы камеры сгорания подбирается таким, чтобы скорость потока дымовых газов не превышала 3-5 м в сек. Над трубой, в верхней части устанавливается колпак для разворота потока газа в обратном направлении, при этом скорость движения потока газа вниз не должна превышать 2 м в сек, что обеспечивает незначительное газодинамическое сопротивление дожигателя. При этом длина колпака больше ширины выходного отверстия в нижней части колпака. После разворота дымовых газов в нижней части колпака они поднимаются вверх со скоростью не более 3-5 м в сек. Дожигатель, как и циклон работает по принципу инерционного отделения твердых части от дымовых газов. Низкая скорость движения потока (не боле 2 м в сек.) при движении вниз позволяет отделить от газа даже мелкие частицы золы и направить вниз дожигателя. По мере накопления твердых частиц в нижней камере дожигателя они удаляются при помощи пылесоса через специальные отверстия.
Большой объем дожигателя обеспечивает значительное время (более 1 сек) нахождения частиц сажи и других веществ в горячей зоне (до 1000-1200°С) для их полного окисления до диоксида углерода. Избыток кислорода определяется при помощи датчика и прибора, что позволяет поддерживать высокую температуру в зоне дожига. Сверху корпус дожигателя закрывается муллит кремнеземными матами общей толщиной 100 мм для обеспечения минимальных тепловых потерь от поверхности дожигателя, что обеспечивает сохранение высокой температуры порядка 1000°С.
Дожигатель может быть составной частью трубы с теплообменником и собственно трубой на выходе для обеспечения необходимой высоты для рассеяния дымовых газов после очистки. Теплообменник обеспечивает подогрев воздуха для поддува его в топку с более высокой температурой, чем температура окружающего воздуха (функция экономайзера) Фиг. 2.
Введение в состав дожигателя дымовых газов горелочного устройства, расположенного внизу дожигателя, позволяет за счет предварительного прогрева дожигателя более 200°С исключить отложение смолистых веществ на стенках дожигателя при растопке печи для утилизации мусора. А также обеспечить высокую температуру в дожигателе для исключения выброса черного дыма на начальной стадии росжига топки. Таким образом, дожигатель выполняет функцию циклона для удаления твердых частиц и обеспечивает дожиг сажи, смолистых веществ за счет высокой температуры и значительного времени нахождения дымовых газов в горячей зоне дожигателя.
На Фиг. 1 изображено устройство циклонной камеры для дожигания дымовых газов. Дожигатель для дожигания дымовых газов состоит из патрубка - 1 для подвода дымовых газов из топки, который является входом в камеру сгорания, колпака для разворота дымовых газов на 180° - 2, расположенного внутри корпуса - 3, линзового компенсатора - 4 и горелочного устройства - 5 для нагрева воздуха до высокой температуры (более 1000°С). Движение дымовых газов схематично показано стрелками. Дожигатель для дожигания дымовых газов, содержащих СО, смолистые вещества и сажу работает следующим образом.
Загрязненные дымовые газы после сжигания различных видов отходов подаются внутрь чрез подводящий от топки патрубок 1 в камеру сгорания. Горелочное устройство 5, расположенное внизу дожигателя. Загрязненные дымовые газы попадают в факел горелочного устройства 6, в результате чего при высокой температуре (свыше 1000°С) начинается процесс интенсивного горения сажи и смолистых (органических) веществ в дымовых газах. Продукты горения сжигаемых дымовых газов контактируют с расклеенным корпусом колпака, что обеспечивает дополнительный эффект для сжигания всех компонент дымовых газов, и разворачиваются вниз. При этом твердые частицы золы набирают скорость и по инерции двигаются в нижнюю часть дожигателя, а дымовые газы поднимаются вверх. При этом происходит отделение твердых частиц от газа.
Дымовые газы после выхода из под колпака движутся вверх в трубу, в которой может быть установлен теплообменник для подогрева атмосферного воздуха перед подачей в топку - Фиг. 2.
Корпус дожигателя закрывается теплоизоляцией для уменьшения теплопотерь при высокой температуре стенки до 1000°С. Корпус дожигателя изготавливается из нержавеющей стали с рабочей температурой более 1000°С.
Преимущества дожигателя перед циклоном:
1) циклон затруднительно изготовить без использования футеровки из-за расширения металла при высокой температуре более 1000°С. Для дожигателя увеличение диаметра при нагреве не является критичным, а удлинение по вертикали компенсируется линзовым компенсатором;
2) поскольку скорость дымовых газов при развороте после выхода из под колпака не более 2 м в сек, то это позволяет более эффективно осадить частицы золы в нижнюю часть дожигателя, чем в циклоне, где скорость дымовых газов в центральной вертикальной трубе порядка 3,5-4 м в сек;
3) в связи с низкой скоростью газового потока существенно меньше газодинамическое сопротивление дожигателя, чем у циклона;
4) существенно больший объем дожигателя по сравнению с циклоном обеспечивает более длительное нахождение дымовых газов в горячей зоне. Что обеспечивает более полное сжигание всех вредных компонент;
5) дожигатель можно устанавливать непосредственно над топкой, а циклон обязательно должен быть в стороне для тангенциальной подачи дымовых газов;
6) простота конструкции дожигателя и возможность встраивать в дымовую трубу обеспечивает существенное снижение затрат на изготовление оборудования по сравнению с аналогами.