Способ термообезвреживания высоковлажных газообразных отходов

 

Изобретение относится к промышленной энергетике и может быть использовано при подготовке сушильного агента в вихревых топках, в частности в системах термического обезвреживания газовых выбросов. Целью изобретения является сокращение вредных выбросов в атмосферу путем оптимизации состава окислительной среды. Сущность способа заключается в том, что топливо сжигают в среде с недостатком воздуха (а 0,5...0,95), а остатки недогоревшего топлива и загрязненный сушильный агент (отходы) с высоким (0,3...1,0 кг/кг) влагосодержанием дожигают за счет окислителя, содержащегося в сушильном агенте во взаимодействующих закрученных потоках , причем объемные расходы воздуха и отходов выбирают в зависимости от соотношения скоростей в зоне взаимодействия. Способ позволяет сократить потребление воздуха из атмосферы, сократить величину выброса в атмосферу и содержание вредных компонентов в нем. Снижается пожарои взрывоопасность систем сушильных установок. Улучшаются тепломассообменные характеристики процесса сушки: ускоряется сушка, появляется возможность регулирования остаточной влаги продукта. 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з F 23 G 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2 ил., 1 табл.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4728860/33 (22) 09.08.89 (46) 29.02.92. Бюл. ¹ 8 (71) Опытно-конструкторское бюро тонкого биологического машиностроения (72) К.К,Тюкин, В,Н.Александров, А.Е.Сычев, Д.М,Чернышов, Ю.Ф.Прокофьев и О.Ю.Кузьмина (53) 628.54 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1035338, кл. F 23 G 7/06, 1982.

Патент CLLIA № 4154567, кл.431-5, опублик. 1977.

{54) СПОСОБ ТЕРМООБЕЗВРЕ:ХИВАНИЯ

ВЫСОКОВЛАЖНЫХ ГАЗООБРАЗНЫХ ОТХОДОВ (57) Изобретение относится к промышленной энергетике и может быть использовано при подготовке сушильного агента в вихревых топ ках, в частности в системах термического обезвреживания газовых выбросов.

Целью изобретения является сокращение вредных выбросов в атмосферу путем оптиИзобретение относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использовано при подготовке сушильного агента в вихревых топках, в частности в системах термического обезвреживания газовых выбросов.

Цель. изобретения — сокращение вредных выбросов в атмосферу путем оптимизации состава окислительной среды. . На фиг,1 представлена двухступенчатая вихревая камера, в которой производится термообезвреживание сушильного агента; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1.

Сущность способа состоит в том, что топливо сжигают с недостатком воздуха!

Ж 1716259 А1 мизации состава окислительной среды;

Сущность способа заключается в том, что топливо сжигают в среде с недостатком воздуха (а =0,5...0,95), а остатки недогоревшего топлива и загрязненный сушильный агент (отходы) с высоким (0,3...1,0 кг/кг) влагосодержанием дожигают за счет окислителя, содержащегося в сушильном агенте во взаимодействующих закрученных потоках, причем объемные расходы воздуха и отходов выбирают в зависимости от соотношения скоростей в зоне взаимодействия.

Способ позволяет сократить потребление воздуха иэ атмосферы, сократить величину выброса в атмосферу и содержание вредных компонентов в нем. Снижается пожаро- и взрывоопасность систем сушильных установок. Улучшаются тепломассообменные характеристики процесса сушки: ускоряется сушка, появляется возможность регулирования остаточной влаги продукта, (а =0,5-0,95), а остатки несгоревшего.топлива и загрязненный сушильный агент (отходы) с высоким (0,3 — 1,0 кг/кг) влагосодержанием дожигают эа счет окислителя, содержащегося в сушильном агенте во взаимодействующих закрученных потоках, при соотношении расходов воздуха и отходов и inx скоростей на входе и выходе эоны в пределах 0,59-0,24, а интенсивность крутки устанавливают в пределах 1-25.

Двухступенчатое сжигание топлива и дожигание на второй ступени при высоком влагосодержании обеспечивают минимальное образование оксидов азота и других

1716259 вредных компонентов продуктов сгорания от неполноты горения, При подаче воздуха на стадию подготовки топлива, близкой к теоретически н еобходимому количеству (0,95), и удовлетворительной плотности газоходов, влагосодержание сушильного агента имеет меньшее значение (0,5 кг/кг). В процессе эксплуатации состояние газоходов, находящихся под разрежением, постоянно ухудшается, поступление воздуха в систему возрастает, а влагосодержание сушильного агента падает. При влагосодержании сушильного агента 0,3 кг/кг эффективность по предлагаемому способу равноценна эффективности известного, а при дальнейшем увеличении присосов (снижении влагосодержания) исключаются преимущества способа вследствие возрастания абсолютной величины выбросов и уносов, в них содержащихся. Необходимо уплотнение газового тракта.

Использование кислорода присосов на горение снижает вредный выброс в атмосферу как в количественном, так и в качественномм отношении.

При подаче на горение отработанного воздуха из системы пневмотранспорта вместо свежего воздуха, подаваемого специальным вентилятором, также сокращается выброс в атмосферу.

Взаимодействие закрученного потока отработанного сушильного агента с горящим топливным факелом наиболее эффективно при организации соответствующей аэродинамической структуры потоков. Такая структута обеспечивается, когда граница зоны взаимодействия располагается на максимальном уровне окружной составляющей скорости закрученного потока отработанного сушильного агента. Факел вписывается внутрь этой зоны и активно взаимодействует на мере продвижения от начала зоны (на фиг.1 из горелки) до ее конца (на выходе из камеры дожига).

Оптимальная аэродинамическая структура в зоне взаимодействия обеспечивается соотношением расходов воздуха и отходов и их скоростей на входе и выходе зоны, а также интенсивность крутки потока отходов.

Максимальные значения параметров (. (l —,х — "с,= 0,59 и V /V> =25 соответствуют /ас максимальному в закрученном потоке твердых крупных (< 30 мкм) частиц высокой (1500 кг/мз) концентрации при соотношении расходов отходов и воздуха (G "/G ), близком к единице, При 6 "/6 »1 резко возрастает аэродинамическое сопротивлеwe проточной части устройства, которое не удается преодолеть тягодутьевыми машинами среднего давления (до 4000 Па).

5 Минимальные значения параметров

/г

6 Час

/I — „х,— 0,24 и Vi /V> =1 соответствуют

6 Vac удержанию в закрученном потоке на порядок меньших (- = 120 мг/м ) по концентрации

10 твердых частиц, меньших ((10 мкм) по размерам, но по условию преодоления аэродинамического сопротивления обеспечивают соотношение расходов G""/G =10...15.

Дальнейшее уменьшение значений указанных параметров нецелесообразно ввиду невозможности прогрева общей массы отходов до необходимых температур.

Отношение расходов воздуха и отходов (6 /6 ) при осуществлении способа термо20 обезвреживания определяют исходя из необходимого нагрева смеси (достижения температуры обезвреживания отходов).

Двухступенчатая вихревая камера содержит горелку 1 с подводом топлива и под25 водам воздуха 6, камеру 2 дожига с подводом отработанного сушильного агента 6". Горелка 1 и камера 2 дожига имеют выходные сопла 3 и 4 соответственно, Поток из сопла 3 выходит со среднерасходной ско30 ростью 1/ас, которая является для воздуха входной в зону- взаимодействия. Поток из сопла 4 выходит и со среднерасходной скоп ростью Час, которая является дпя отработанного сушильного агента выходной из

35 зоны взаимодействия. Зона взаимодействия отработанного сушильного агента с топливным факелом находится на диаметре 5 максимума окружной составляющей скорости камеры 2 дожига.

40 Вихревое сжигание топлива и термообезвреживание сушильного агента во взаимодействующих закрученных потоках ограничиваются по числу Рейнольдса с одной стороны (no минимуму) из условия авто"5 модепьности процесса (Re ) 10 ), при котором стабилизируются рабочие характеристики, а с другой стороны (по максимуму) эффективностью увеличения раси ол а гаемого давления по дутью (Re 5 10 ), На5 пример, при сжигании топлива с подачей

50 воздуха до 400 С (Re=10 ) необходимо обеспечить его давление P=2000 Па. При температуре воздуха +50 Ñ те же условия (Re=10 ) обеспечиваются при давлении воздуха.500 Па, Увеличение давления воз55 духа более 2000 Па целесообразно исходя из условия понижения удельной стоимости агрегата при единичной мощности менее 20 MBT. Подача воздуха на горение при

1716259 юФормула изобретения

Способ термообезвреживания высоко15 влажных газообразных отходов, включающий подачу и закрутку воздуха для горения топливного факела, подачу и закрутку отходов при взаимодействии в кольцевой зоне, окружающей факел, отличающийся

20 тем, что, с целью сокращения вредных выбросов в атмосферу путем оптимизации состава окислительной среды, воздух подают в количестве 0,5...0,95 от теоретически необходимого, а отходы, содержащие окисли25 тель, отбирают из системы рециркуляции с влагосодержанием 0,3...1,0 кг/кг и направляют в зону взаимодействия при соотношении расходов воздуха и отходов и их скоростей на входе и выходе зоны в преде30 лах — „х = 0,59... 0,24, Час а интенсивность крутки устанавливают в пределах V< /Va =1...25, 35 где G G" — расходы воздуха и отходов, м /c;

Vac — среднерасходная скорость потока воздуха на входе в зону взаимодействия отходов с топливным факелом, м/с;

Vac — среднерасходная скорость потока

40 отходов на выходе из зоны взаимодействия их с топливным факелом, м/с;

V<" — среднерасходная скорость потока отходов на радиусе закрутки, м/с;

У вЂ” среднерасходная скорость потока

45 отходов в поперечном сечении закрутки, м/с. давлении до 6000 Па ограничивается числом Re=0,5 10, а подача отработанного

5 сушильного агента на термообеэвреживание при давлении до 4000 Па ограничивается при температуре 100-120 С и влагосодержании до 1 кг/кг числом Re=5 10 .

Проведена экспериментальная проверка способа. Результаты представлены в таблице.

Оптимальное значение относительной характеристики потоков G Vac /G Vac =0 52

Ir установлено при Vac /Va=1, обеспечива щем минимальное сопротивление выходу и Va /V< =0,167, обеспечивающем устойчивое самовоспламенение отходов в зоне их взаимодействия с факелом (в объеме камеры дожига).

При G Vac /G Yac < 0,52 для устойчивого горения отходов необходимо наличие постоянного источника зажигания — факела горящего топлива., При G Vac /G Vac > 0,52 для устойчивого горения отходов достаточно поступления в зону взаимодействия продуктов полного сгорания топлива.

/ ю г

Предельные значения G Vac И Vac

=0,24...0,59 соответствуют с одной стороны (0,24) минимальному уровню поддержания горения отходов, а с другой (0,59) соответствуют уровню максимальной подачи топлива, горящего в среде отходов. В последнем случае агрегат горелка — камера дожига представляет собой двухступенчатую камеру сгорания, где горелка выполняет роль узла подготовки и подачи топлива (газификатор), а камера дожига — основного устройства для сжигания.

Использование изобретения позволяет сократить потребление воздуха и объем выброса в атмосферу на 25-33%, содержание оксидов азота íà 65% (до 22 мг/мз), специфического белка в 10 раэ (до

0,05 мг/мэ), механическую неполноту сгорания на 50% (до 50 мг/мз).

Повышение влагосодержания сушильного агента улучшает также тепломассообменные характеристики процесса сушки, когда с возрастанием паросодержания су5 шильного агента резко интенсифицируется отвод влаги из тела частицы к ее поверхности и от поверхности s среду. Появляется также возможность регулирования остаточной влажности продукта.

10 Кроме того, снижаются пожаро- и взрывоопасность систем сушильных установок.

1716269

Пример

Характеристики

««»

2 (3

Верхний предел

Оптимальное значение

Нижний предел

0,24

0,52

0 59

1г

1г

12

0,6

Геометрические характеристики

1,0

6,0

15,0

10 65

"вк ."„, Я(,+ "

Расходные характеристики

G ì - /с

6,4

1,6

0,68

3.(5

3,5 мз/с

G /G

0,14

0(35

0,7

2,63

3,94

3,94

23,6

6,47

5,46

1,97

49,0

0,62 1,63

Температура на выходе из агрегата термообезвреживания, С 425-..450 85.. .900 1000...1100 (При избытке первичного воздуха oC = 0,5 и влагосодержании отходов

d = 1,0 кг/кг в продуктах сгорания .

0,89

Относительные (заявленные) характеристики потоков ((Vac (Г ас (!

Ч(( !! (f

- ((<1с и (! увх, мг мг (! к ( c ° + г ю("! ((((dc /Йк

6((/ к

Среднерасходные скорости потоков, м/с

Vàñ ((Vc(c, ((Ъ

И

V<

Располагаемое давление отходов

1,8

1,8

2,54

2,54.

2,54

0,88

0,608

5,76

9,84

9,84

9,84

1,8

1,8

0,423

2,54

2,54

1,3

1 33

1,8

1,08

0,102

О, 916

2,54

0,83

0 541

1716259

Продолжение таблицы

Пример

Характеристики

16

О

О

3 отходов

18 22

О О

0 . О

20 10 влагосодержании отходов

NO, мг/мз 18

СО, 4 .0

Белок, мг/мз 0,05

Мех.недожог, мг/мз 50

При избытке первичного воздуха 06 = 0,95 и

d = 0,3 кгlкг в продуктах сгорания

NO.„м г/мз 30

СО,Ж О

Белок, мг/мз 0,05

Мех.недожог, мг/мз 50

36

0

1О

О

П р и м е ч а н и е.

gl

S — геометрическая характеристика;

hP

ЕО = -----, - число Эйлера; ьх Pв„alt и

E< - экспериментальная заЬХ висимость.

NO>, мг/мз 10 12

СО, Ф 0

Белок, мг/мз 0,03 0

Мех.недожог, мг/мз 30 10

При избытке первичного воздуха К = 0,95 и влагосодержании

d = 0,5 кгlкг/ в продуктах сгорания

1716259

Составитель Т. Лепахина

Редактор Л. Веселовская Техред M.Ìîðãåíòâë Корректор Л. Патай

Заказ 600 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101