ЦИКЛОННАЯ КАМЕРА ДОЖИГАНИЯ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ДЛЯ ДЕСТРУКЦИИ СТОЙКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к способам и устройствам термообезвреживания токсичных отходов, содержащих стойкие органические загрязнители (далее - СОЗ). В частности, настоящая полезная модель относится к системе дожигания дымовых газов с целью получения экологически безопасных газовых выбросов.
3
Наиболее распространенным и доступным методом уничтожения СОЗ является огневое обезвреживание, в процессе которого образуются термообезвреженный инертый материал, загрязненные продуктами сжигания СОЗ дымовые газы, зола и сточные воды системы газоочистки. Наибольшую опасность для окружающей среды представляют образующиеся при сжигании дымовые газы. Для полного разложения СОЗ необходимо нагреть дымовые газы до температуры не менее 1200°С и выдержать при этой температуре не менее 2 секунд. Экспериментально показана вероятность вторичного каталитического синтеза высокотоксичных диоксинов и фуранов из продуктов разложения при температуре 300÷600°С. Резкое снижение температуры и концентрации дымовых газов уменьшают вероятность вторичного синтеза. Современные нормативные документы допускают содержание этих веществ на выходе из установки термообезвреживания не более 0,1 нг/м.
Известна установка для дожигания парогазовых выбросов, содержащая вертикальный цилиндрический футерованный корпус, с расположенной в нем камерой сгорания, тангенциально присоединенных к нему горелочного устройства, патрубка для подачи загрязненных газов и патрубка подачи воздуха, выходное отверстие для дымовых газов, расположенное в центральной верхней части корпуса. (Авторское свидетельство СССР №1778447, опуб. 30.11.1992). Однако данная установка не имеет системы охлаждения камеры сгорания, что приводит к необходимости более толстого слоя футеровки и значительно утяжеляет установку из-за большой массы футеровки.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является патент РФ №2479791 опуб. 20.04.2013 г., выбранный нами за прототип. 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, снабженная 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.
В этой конструкции, как и в предлагаемой, реализуется «сухой» способ охлаждения дымовых газов смешением с охлаждающим воздухом. Циклонная камера дожигания характеризуется тем, что выходная футерованная труба расположена в центре камеры сгорания при температуре свыше 1200°С. Роль центральной вставки в циклонном аппарате заключается в необходимости изменить направление движения газового потока на противоположное, а основным требованием к ее материалу является жаростойкость и стойкость к воздействию кислот и абразивов, что обеспечивается футеровкой. При этом, как известно, температура футерованного металла не должна превышать ~ 0,3 температуры плавления, при которой металл становится пластичным. В подвешенном состоянии оказалась значительная масса выходной трубы с двойной футеровкой и с охлаждением металла потоком воздуха из не футерованных труб, проходящих через камеру сгорания. Такая конструкция не обеспечивает необходимой конструкционной, тепловой и химической стойкости металла.
К недостаткам предложенного технического решения можно отнести неэффективный метод смешивания газовых потоков эжектированием холодного воздуха в струю дымовых газов, при этом образующиеся в процессе смешения ядра конденсации могут служить катализатором эмиссии и переноса диоксинов в систему газоочистки;
Техническим результатом полезной модели является возможность более эффективной очистки газов, т.е. повышения эффективности улавливания мелких частиц золы, пыли и ядер конденсации, являющихся источниками вторичного каталитического синтеза диоксинов из продуктов разложения СОЗ и переносчиками диоксинов, путем совмещения циклонной камеры дожигания и пылеулавливающего устройства со встречными закрученными потоками (ВЗП). Совмещение устройства ВЗП с циклонной камерой дожигания позволяет также снизить капитальные и эксплуатационные затраты вследствие отсутствия дополнительных газоходов, геометрически и функционально благоприятного сочетания выходного устройства циклона камеры дожигания и входного патрубка устройства ВЗП.
Технический результат достигается за счет:
- установки устройства со встречными закрученными потоками (ВЗП) на крышку камеры дожигания;
- придания центральной цилиндрической вставке простой геометрической формы и изготовления ее из термо- и химически стойких материалов;
- изготовления цилиндрической вставки из жаропрочного материала, не нуждающегося в футеровании и охлаждении, что позволяет установить ее на футерованное основание корпуса камеры дожигания и организовать поворот и выход дымовых газов из камеры дожигания через прорези в нижней ее части, расположенной в камере дожигания; верхняя часть цилиндрической вставки вне камеры сгорания используется в качестве входного элемента устройства ВЗП с установленными на ней завихрителем дымовых газов из жаропрочного материала и ободом - вытеснителем;
- снабжения устройства со встречными закрученными потоками люком и бункером для сбора пыли.
На фиг. 1 изображено устройство предлагаемой циклонной камеры для дожигания дымовых газов.
Циклонная камера для дожигания дымовых газов состоит из вертикального цилиндрического футерованного корпуса 1, расположенной внутри корпуса изготовленной из минеральных термо- и химически стойких материалов центральной цилиндрической вставки 2, камеры сгорания, расположенной между корпусом 1 и центральной вставкой 2, воздушной рубашки 10, расположенным над камерой устройством со встречными закрученными потоками (ВЗП), имеющим в составе цилиндрический футерованный корпус 19, завихритель дымовых газов 12, установленный вверху центральной вставки, завихритель холодного воздуха 11, сообщающийся с полостью охлаждающей рубашки 10, установленный между корпусом 19 и дымовой трубой 16, и обод-вытеснитель 13, тангенциально присоединенных в верхней части корпуса 1 патрубка для подачи дымовых газов 6 и горелочного устройства 5, тангенциально присоединенного в нижней части воздушной рубашки 10 патрубка для подачи воздуха 14.
В нижней части корпуса 19 устройства ВЗП имеется люк 8 со встроенным патрубком для эвакуации пыли из пылесборника 9 с помощью вакуумной ловушки (на схеме не показана).
Корпус 1 в нижней части имеет футерованное основание 3, установленное на охлаждаемые рубашкой 10 опоры 20. В нижней части корпуса 1 камеры дожигания размещен люк 18 для удаления твердых частиц и пыли из нижней части камеры сгорания. В основании 1 предусмотрен патрубок и запорное устройство 17 для слива плава солей. На основание 3 установлена центральная цилиндрическая вставка 2, имеющая аркообразные прорези 15 для прохода дымовых газов из камеры сгорания внутрь цилиндрической вставки 2.
Тепловой режим работы камеры дожигания, как у всех жаропрочных футерованных систем, непрерывный круглосуточный между профилактическими и текущими ремонтами.
Предлагаемая циклонная камера для дожигания дымовых газов работает следующим образом.
Дымовой газ из печи сжигания через патрубок 6 тангенциально подается в камеру дожигания. В патрубке 6 установлена автоматическая горелка, обеспечивающая заданную температуру в камере дожигания при смешении дымовых газов из печи с дымовыми газами горелки. Загрязненные органикой дымовые газы, попавшие в факел горелки, при высокой температуре разлагаются с образованием простых малотоксичных компонентов (окислы углерода, азота, пары воды, соляной кислоты и другие, в зависимости от исходного материала) Скорость газового потока на выходе из патрубка 6 в пределах НН40 м/сек, что обеспечивает вращение и перемешивание газового потока в полости между корпусом 1 и центральной вставкой 2. Под действием центробежных сил крупные взвешенные частицы отбрасываются к периферии, оседают на внутренней поверхности корпуса 1, а затем оседают на основание 3. Освобожденный от взвешенных частиц поток газов через прорези 15 выводится в центральную вставку. Осевшие на основание 3 частицы и образовавшийся расплав солей периодически через запорное устройство 17 или патрубок 18 эвакуируются в вакуумную ловушку.
Запыленный газ поступает в устройство ВЗП снизу через центральную вставку, закручивается тангенциально завихрителем 12 и движется снизу вверх вдоль оси аппарата, а частицы пыли удаляются из газа, движущегося по спирали. Противоточный поток холодного воздуха подается через завихритель 11 под давлением (не менее 0,3 МПа), вращаясь в том же тангенциальном направлении, что и запыленный газ, но в противоположном осевом направлении. При этом частицы пыли перемещаются из первичного потока во вторичный. Вторичный поток движется к бункеру 9, расположенному за входом запыленного газа, изменяет свое направление и транспортирует частицы под обод 13, где они оседают в бункере 9. Осевшие в бункере 9 мелкие частицы аэрозоля периодически через патрубок люка 8 эвакуируются в вакуумную ловушку. Очищенные от тонкодисперсной пыли дымовые газы перемешиваются с холодным воздухом и выводятся через дымоход 16. Количество подаваемого на охлаждение воздуха регулируется по температуре в дымоходе 16 до 300°С, что исключает вероятность вторичного синтеза диоксинов, т.к. синтез диоксинов происходит при температуре свыше 400°С.