ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПЫЛЕВОЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к области энерготехнологий, конкретно к устройствам обжига карбонатов, работающим как за счет тепла сгорания топлива, специально выделяемого для этой цели, так и за счет сбросного тепла газов высокой температуры, в частности, дымовых газов установок сжигания высококалорийных отходов. Известно применение обжиговых устройств для утилизации тепла продуктов сгорания высокой температуры от установок сжигания высококалорийных токсичных отходов (Бессмертных А.В., Бусарова И.Н., Ковбасюк В.И., Максименко С.Ю., Медведев Ю.В., Мирошниченко В.И.; Установка сжигания отходов с утилизацией тепла на обжиг известняка, Патент №84509). Их применение позволяет рационально использовать высокий потенциал сбросного тепла, когда вследствие относительно малого масштаба и сильно варьируемого потока тепла при изменении характеристик отходов его утилизация с помощью совершенных электрогенерирующих систем малоэффективна или невозможна. Кроме того, в указанном патенте предложена схема распределенного ввода компонентов горения для контроля температуры по ходу процесса обжига в печи, что позволяет получать мягкообожженую, активную известь, широко используемую в качестве абсорбента для связывания кислых газов в продуктах сгорания. В то же время рассмотренные в аналоге устройства для осуществления изотермического обжига типа шахтных или вращающихся печей при пониженном уровне температуры с целью мягкого обжига, для получения активной извести, будут иметь пониженную производительность в сравнении с печами, работающими в обычных режимах. Поэтому обоснован интерес к интенсификации тепломассообменных процессов при обжиге за счет применения сильно диспергированных карбонатов, или пыли, в частности, к обжигу в фонтанирующем слое (Вердиян М.А., Платонов B.C., Григорьянц P.P., Мирошниченко В.И.; Универсальный технологический модуль обжига извести. Ж. Строительные материалы, 1997, №2, с.9-10). Это устройство обжига содержит систему подготовки и ввода пыли в поток горячих газов от источника на входе в реактор, что создает эффект фонтанирующего слоя и циркуляцию частиц в рабочей камере, притом тонкая пыль обожженных карбонатов выносится потоком и отделяется на выходе в качестве продукта обжига с помощью циклона. Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемой полезной модели (прототип). Однако, вследствие малого времени пребывания газа в контакте с твердой фазой в камере обжига, в зоне фонтанирующего слоя, и высокого уровня температуры для интенсификации технологического процесса обжига, энергия горячего газа в этом устройстве используется неполно и недостаточно эффективно.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу создания устройства для обжига, обеспечивающего гораздо более полное использование энергии горячих продуктов сгорания при интенсивной теплоотдаче от газа к твердой фазе, пыли карбонатов, в процессе их диссоциации, и при этом осуществляющего производство активного абсорбента, мягкообожженной извести. Кроме того, в реакторе и по тракту охлаждения запыленного потока эта активная известь связывает в нелетучие соединения кислые газы, поллютанты в продуктах сгорания, такие как окислы серы, фосфора, хлор и фтор. Это, в частности, важно при использовании тепла от сжигания опасных отходов. Указанное решение достигается за счет того, что изотермический пылевой реактор обжига диспергированных до состояния пыли карбонатов, или пылевой реактор, подключенный к источнику горячих продуктов сгорания, имеющий систему приготовления и подачи пыли ко вводу горячих продуктов сгорания на входе в реактор, рабочее пространство и циклон на выходе реактора, отличается тем, что рабочее пространство представляет собой протяженную теплоизолированную камеру для организации запыленного потока с распределенными по длине дополнительными сопловыми вводами газа на дожигание, ориентированными поперек потока, и с регуляторами расхода этого газа на линиях подвода к указанным сопловым вводам, позволяющим обеспечить близкий к изотермическому режим течения.
Сущность предлагаемого технического решения поясняет структурная схема устройства Фиг.1. Реактор 1 включен за источником 2 высокотемпературных продуктов сгорания, состав которых отличен от стехиометрического, с системой 3 дозированного ввода в поток горячих газов диспергированных карбонатов. Реактор 1 выполнен в виде шахты, в данном частном случае вертикальной, прямоугольного поперечного сечения, и содержит систему распределенных по длине потока и по периметру поперечного сечения, предпочтительно по широкой стороне, сопловых вводов 4 газообразных компонентов горения. Температура потока, измеряемая на различных расстояниях от входа, используется для корректировки расхода вводимой на дожигание газовой среды посредством регулирующих вентилей 5. На выходе устройства для отделения твердой фазы, активной извести, включен циклон 6.
2
4
Обжиг в изотермическом пылевом реакторе осуществляется при существенно увеличенном времени взаимодействия в сравнении с прототипом, при обеспечении необходимой минимальной разности температур между газом и частицами пыли в процессе их диссоциации в условиях витания пылинок в потоке, когда разность скоростей газовой и твердой фаз достаточно мала. а чтобы исключить снижение температуры газа по потоку из-за протекания эндотермической реакции разложения карбонатов, осуществляется введение соответствующей дефицитной компоненты горения, окислителя или горючего, уровень которой в продуктах сгорания ниже стехиометрического, и последующее дожигание в потоке. Необходимое ограничение температуры потока на входе в реактор обжига на уровне 900-1000°С достигается за счет сжигания топлива или отходов в источнике горячих продуктов сгорания при избытке или недостатке окислителя в сравнении со стехиометрическим. При использовании жидкого или газообразного топлива в основной камере сгорания 2 сжигание можно осуществлять при избытке окислителя, и затем в реактор вводить дополнительное топливо до полного выжигания окислителя. С использованием в качестве источника тепла твердого топлива или отходов целесообразно использовать их газификацию в камере 2 при неполном высокотемпературном окислении, а в реакторе дополнительно осуществлять дожигание образующихся при этом горючих компонентов в газе, в основном Н, СО и СН, за счет распределенного ввода окислителя в реактор. Естественно, эти процессы можно осуществлять лишь при использовании топлива или отходов достаточно высокой калорийности, а также использовать соответствующие методы регенерации тепла в установке. Для реализации распределенного подвода компонентов горения и их дожигания в потоке предусматривается система сопел 4 для струйных вводов малой интенсивности в направлении поперек потока для последующего смешения преимущественно в области вдува. Поскольку температура потока намного выше температуры воспламенения горючей смеси в зоне турбулентного смешения, горение без образования ярко выраженного фронта будет происходить без применения запалов.
Одновременно с обжигом в реакторе будет происходить образование нелетучих содинений кислых газов с карбонатами и известью, состав которых зависит от окислительной или восстановительной реакции среды. При высокой температуре соединения эти могут не полностью связывать опасные поллютанты, но по окончании обжига по тракту вывода и охлаждения газов в среде с некоторым избытком окислителя процесс связывания будет завершен, и потому такое устройство можно рассматривать в качестве горячего скруббера. Если тепловой баланс установки, использующей данное устройство, позволяет получить известь необходимого качества в количестве, намного превосходящем потребность для связывания поллютантов, что характерно для промышленной установки, для вывода активной извести высокого качества необходим циклонный сепаратор на выходе устройства.
Таким образом, данное техническое решение выполняет основную и дополнительную из поставленных задач, то есть может быть использовано как устройство эффективного «мягкого» обжига, и, дополнительно, для связывания кислых поллютантов из «грязных» топлив.