СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ МОКРЫХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
SYSTEM FOR RECYCLING WET CARBON-CONTAINING WASTES

Изобретение относится к системам утилизации и может быть использовано на тепловых электрических станциях, на углеобогатительных фабриках, нефтеперерабатывающих заводах при утилизации гидрошламов и нефтешламов, а также на энерготехнологических комплексах при утилизации осадков сточных вод.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является утилизатор-золоуловитель по патенту РФ №2316380, C02B 1/10, содержащий утилизатор входной патрубок, корпус, выходной патрубок, бункер, оросительные и распылительные сопла (прототип).
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая степень ресурсосбережения и очистки дымовых газов.
Технический результат - повышение эффективности энерго-ресурсосбережения и очистки дымовых газов.
Это достигается тем, что в системе утилизации мокрых углеродсодержащих отходов, содержащей топку, теплообменник и золоуловитель, топка выполнена кипящего слоя и содержит сводчатый корпус из огнеупорного материала с колосником, расположенным на расстоянии 1/3 высоты корпуса от нижней его части, на котором расположена сопловая решетка, причем суммарная площадь сопловых отверстий составляет порядка 30÷50% от площади колосниковой решетки, а в нижней части корпуса топки установлен шнековый разгрузчик, причем на колосниковой решетке расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка, а внутри корпуса котла расположены водонагревательные трубы, соединенные с теплопотребителем, при этом в сопла подается теплоноситель от дутьевого вентилятора, соединенного теплопроводом с выходом высокотемпературного воздухонагревателя теплообменного аппарата, а в боковой стенке котла установлено вихревое сопло-горелка, работающее от газообразного топлива, например биогаза, поступающего из биореактора, при этом отходы подаются от пневмозагрузочного устройства через распылительное устройство, выполненное с тангенциальным подводом теплоносителя, а дымоход расположен в одной из боковых стенок котла и соединен теплопроводом с теплообменным аппаратом, выход которого соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок, корпус, выходной патрубок, бункер, оросительные и распылительные сопла, в качестве которых используются центробежные форсунки для распыливания жидкости, каждая из которых содержит корпус, штуцер и, соосно расположенную с ними, вставку-завихритель, а в штуцере выполнен расширяющийся канал для подвода жидкости в цилиндрическое отверстие, которое выполнено осесимметрично корпусу и плавно переходит в, соосное с ним, фигурное отверстие, выполненное в форме сопла Лаваля, а в цилиндрическом отверстии корпуса, осесимметрично ему, установлена цилиндрическая вставка-завихритель, имеющая внешние периферийные винтообразные нарезные каналы, причем по оси вставки-завихрителя выполнено центральное осевое отверстие с винтовой нарезкой на внутренней поверхности, обратной направлению нарезки каналов, при этом вставка-завихритель устанавливается в корпусе через упругие прокладки и поджимается штуцером посредством резьбового соединения корпус-штуцер.
На фиг.1 изображена схема системы утилизации мокрых углеродсодержащих отходов, на фиг.2 - вид сверху золоуловителя, на фиг.3 - функциональный разрез форсунки для распыливания жидкости.
3
Система утилизации мокрых углеродсодержащих отходов (фиг.1, 2) содержит топку кипящего слоя 1, содержащую сводчатый корпус из огнеупорного материала с колосником 2, расположенным на расстоянии 1/3 высоты корпуса от нижней его части, на котором расположена сопловая решетка 3, причем суммарная площадь сопловых отверстий составляет порядка 30÷50% от площади колосниковой решетки 2. В нижней части корпуса топки 1 установлен шнековый разгрузчик 4. На колосниковой решетке 2 расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка или шариков из жаропрочного материала, размеры которых лежат в диапазоне 1÷3 мм, а высота насыпного слоя инертного носителя составляет порядка 0,4÷0,6 м. Внутри корпуса котла расположены водонагревательные трубы, соединенные с теплопотребителем (на чертеже не показано). В сопла 3 подается теплоноситель (горячий воздух с температурой порядка 400÷600°С) от дутьевого вентилятора 5 (вентилятор высокого давления с расходом воздуха порядка 1000÷5000 м/ч), соединенного теплопроводом 6 с выходом высокотемпературного воздухонагревателя 16 теплообменного аппарата 15. Для розжига и поддержания оптимального режима горения в боковой стенке котла установлено вихревое сопло-горелка 9, работающее от газообразного топлива, например биогаза, поступающего с биореактора 8.
Головной дутьевой вентилятор 17, соединенный со входом высокотемпературного воздухонагревателя 16, установлен последовательно с дутьевыми вентиляторами 5 и 12, которые создают требуемое давление в соплах. Дутьевой вентилятор 12 подает горячий воздух с температурой порядка 400-600°С в распылительное устройство 10, вход которого соединен с выходом пневмозагрузочного устройства 11 для подачи мокрых углеродсодержащих отходов. Распылительное устройство 10 выполнено с тангенциальным подводом теплоносителя, что позволяет повысить его эффективность за счет вихревых процессов перемешивания жидких отходов с горячим воздухом, поступающим от высокотемпературного воздухонагревателя 16. Дымоход 13 может быть расположен в верхней сводчатой части корпуса или, по крайней мере, в одной из боковых его стенок; он соединен теплопроводом 14 с теплообменным аппаратом 15, выход которого воздуховодом 18 соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок 19 (фиг.1-2), корпус 20, выходной патрубок 21, бункер 22, оросительные 23 и распылительные 24 сопла, в качестве которых используются центробежные форсунки для распыливания жидкости (фиг.3).
Форсунка для распыления жидкости состоит из корпуса 25 и, соосно расположенного с ним в верхней части, штуцера 26, в котором выполнен расширяющийся канал 27 для подвода жидкости в цилиндрическое отверстие 28, выполненное осесимметрично корпусу 25. Цилиндрическое отверстие 28 плавно переходит в, соосное с ним, фигурное отверстие 29, выполненное в форме сопла Лаваля. В отверстии 28 корпуса, осесимметрично ему, установлена цилиндрическая вставка-завихритель 30, имеющая внешние периферийные винтообразные нарезные каналы 31. По оси вставки-завихрителя 30 выполнено центральное осевое отверстие 32 с винтовой нарезкой на внутренней поверхности, обратной направлению нарезки каналов 31. Внешние винтообразные нарезные каналы 31 и винтовая нарезка на внутренней поверхности осевого отверстия 32 могут быть выполнены с переменным шагом. Вставка-завихритель 30 устанавливается в корпусе 25 через упругие прокладки 33 и 34 и поджимается штуцером 26 посредством резьбового соединения корпус-штуцер.
Система утилизации мокрых углеродсодержащих отходов работает следующим образом.
3
Для розжига и поддержания оптимального режима горения в боковой стенке котла установлено вихревое сопло-горелка 9, работающее от газообразного топлива, например биогаза, поступающего с биореактора 8. Подаваемые сверху топки через распылительное устройство 10 на колосниковую решетку 2, на которой расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка, мокрые углеродсодержащие отходы попадают на кипящий слой раскаленного кварцевого песка, при этом вода мгновенно испаряется, а твердые частички топлива интенсивно сгорают, отдавая теплоту водонагревательным трубам котла. Температура горения достигает порядка 80÷950°C, причем стабильность ее поддерживается за счет присутствия в зоне горения воды и пара и теплового аккумулятора в виде раскаленного инертного носителя, который обеспечивает необходимую инерционность процесса горения. В сопла 3 подается горячий воздух с температурой порядка 400÷600°C от дутьевого вентилятора 5 высокого давления с расходом воздуха порядка 1000÷5000 м/ч, соединенного теплопроводом 6 с выходом высокотемпературного воздухонагревателя 16 теплообменного аппарата 15. Дымоход 13 может быть расположен в верхней сводчатой части корпуса или, по крайней мере, в одной из боковых его стенок; он соединен теплопроводом 14 с теплообменным аппаратом 15, выход которого воздуховодом 18 соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок 19.
В мокром золоуловителе (фиг.1, 2) отсепарированная за счет центробежных сил пыль оседает на пленке воды, стекающей по стенке аппарата, что уменьшает вторичный захват зольных частиц потока. Более высокая степень улавливания достигается при применении центробежных форсунок в качестве оросительных 23 и распылительных 24 сопел, а также мокрых скрубберов с устройством для предварительного увлажнения газа (например, предварительно включенным аппаратом Вентури с распылительными соплами 24).
Форсунка для распыления жидкости работает следующим образом.
Жидкость в корпус 25 поступает через канал 27 подвода жидкости в штуцере 26, а затем в центральное цилиндрическое отверстие 28. Жидкость начинает свою закрутку в периферийных каналах вставки-завихрителя 30 и одновременно во внутренних каналах центрального осевого отверстия 32 с обратным направлением. Такой поток жидкости на выходе из фигурного отверстия 29 в форме сопла Лаваля хорошо раскрывается за счет центробежных сил, возникающих от вращения жидкости, и мелкодисперсно распределяется внутри конусообразного факела за счет турбулентного течения по оси сопла 29. При среднем диаметре дроссельного отверстия 28, находящемся в диапазоне 2,5…3,5 мм, и давлении подаваемой через цилиндрическое отверстие 32 жидкости под давлением 6…9 МПа обеспечивается распыление от 400 до 1000 кг/ч жидкости. Форсунка проста в изготовлении и обслуживании.
Предлагаемая система может быть использована на тепловых электрических станциях, на углеобогатительных фабриках, нефтеперерабатывающих заводах при утилизации гидрошламов и нефтешламов, а также на энерготехнологических комплексах при утилизации осадков сточных вод.