Устройство для огневого обезвреживания сточных вод

 

Использование: при огневом обезвреживании производственных отходов на предприятиях химической, нефтехимической, электротехнической промышленности и в других отраслях народного хозяйства, где в ходе технологического процесса образуются низкокалорийные сточные воды. Сущность: на под между ванной и фронтовой стеной установлен вкладыш, высота которого по мере приближения к фронтовой стене непрерывно возрастает от уровня кромки ванны барботажа до нижней границы амбразуры. По оси амбразуры в топочной камере установлен конфузор в виде полого усеченного конуса, отстоящего от фронтовой стены с зазором. При этом диаметр меньшего поперечного сечения конфузора в 1,2 - 1,4 раза превышает диаметр амбразуры, а в выступе выполнен ряд отверстий. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для обезвреживания жидких технологических отходов огневым методом и может быть использовано в химической, нефтехимической, электротехнической промышленности и в других отраслях народного хозяйства, где образуются низкокалорийные производственные стоки и имеются теплоиспользующие установки.

Известно устройство для огневого обезвреживания сточных вод, которое снабжено ванной, установленной в поду камерной топки, под ядром факела в зоне максимальных тепловых потоков. Бесфорсуночное распыливание стоков при низких стартовых скоростях, генерированных барботажным слоем капель, и интенсивное испарение стоков с поверхности слоя обеспечивают высокие тепловые напряжения при обезвреживании веществ. Кроме того, исключается засорение барботажного устройства, подающего стоки в топку, при возможном содержании в них механических примесей.

Недостатком устройства является невозможность надежного огневого обезвреживания компонентов стоков. Пары и капли отходов, выносимые из ванны барботажным агентом с малыми скоростями (менее 1 м/c), не могут внедряться в высокопотенциальный, высокоскоростной газовоздушный поток продуктов сгорания энергетического топлива, интенсивно вращающийся вокруг горизонтальной оси над ванной со стоками. При этом компоненты стоков, не имея возможности проникнуть в высокотемпературное ядро факела, омывают его по периферии, оставаясь при этом в низкотемпературной зоне (менее 1000^оС), не вступая активно в контакт с окислителем, который находится в избытке в высокоскоростном газовоздушном вихре. Таким образом, компоненты отходов помимо зоны термического разложения покидают топку, что снижает полноту огневого обезвреживания веществ.

Технический результат состоит в повышении надежности огневого обезвреживания компонентов производственных стоков.

Это обеспечивается захватом капель и паров отхода низкотемпературными продуктами сгорания из надслоевого пространства ванны барботажа и их входом в корень факела энергетического топлива за пределом фронта воспламенения, в зону устойчивого горения (ядро факела) с высокими температурами (выше 1100^оС) и интенсивным смесеобразованием при существующем избытке окислителя за счет создания по периметру корня факела энергетического топлива кольцевой зоны понижения давления, куда за счет сил вязкости при высокоскоростном поступлении в топку топливовоздушной смеси топочными газами подсасываются подаваемые бесфорсуночным распыливанием компоненты стоков. При этом обеспечивается активная рециркуляция части низкотемпературных газов, находящихся вблизи пода, обратно над ванной к фронтовой стене, а затем к корню факела.

Таким образом, мелкие капли и пары стоков в зону активного огневого обезвреживания поступают за счет организации эжектирующего эффекта вокруг корня факела энергетического топлива при интенсивной продольной рециркуляции низкотемпературных газов с компонентами отходов к корню факела.

В устройстве для огневого обезвреживания сточных вод, включающем топочную камеру с фронтально расположенными горелками для сжигания энергетического топлива и расположенную в поду топочной камеры ванну, снабженную в правой ее стенке выступом, на под между ванной и фронтовой стеной установлен вкладыш, высота которого по мере приближения к фронтовой стене непрерывно возрастает от уровня верхней кромки ванны барботажа до нижней границы амбразуры. По оси амбразуры в топочной камере установлен конфузор в виде усеченного конуса, отстоящего от фронтовой стены с зазором. При этом диаметр меньшего поперечного сечения конфузора в 1,2-1,4 раза превышает диаметр амбразуры, а в выступе ванны выполнен ряд отверстий.

Установкой вкладыша с плавно изменяющейся высотой (вогнутой поверхностью) исключается образование застойной зоны в нижней части топки вблизи пода и эффективный транспорт газами компонентов стоков из подслоевого пространства ванны барботажа к корню факела при минимальном аэродинамическом сопротивлении транспортирующему потоку.

Зазор между конфузором и фронтовой стеной необходим для обеспечения подсоса по периметру корня факела низкотемпературных газов, транспортирующих капли и пары стоков внутрь конфузора.

Конфузором за счет эжектирующего эффекта обеспечивается отсос мелких капель и паров с поверхности ванны и подсос на периферии факела внутрь конфузоров, за пределами которого (за зоной устойчивого воспламенения топлива) пары и капли стоков за счет турбулизирующих потоков внедряются в ядро факела, где интенсивно перемешиваются с окислителем и подвергаются огневой обработке. Кроме того, конфузор исключает расхолаживание корня факела, выполняя роль стабилизатора горения энергетического топлива в условиях расхода части теплоты в предпламенной зоне на нагрев подсасываемых газов с компонентами стоков.

Наличие отверстий в выступе правой стены ванны улучшает рециркуляцию высокотемпературных газов из концевых частей факела в надслоевое пространство ниши, улучшает захват капель и паров стоков газами, повышает время пребывания веществ в зоне обезвреживания.

Конфузор и вкладыш выполняются из фасонного шамотного кирпича. Вкладыш устанавливается с возможностью свободного температурного расширения по всем направлениям. Конфузор крепится к фронтовой стенке с помощью водоохлаждаемых труб по периметру большого основания конфузора при величине воздушного зазора 150-300 мм. Расстояние между основаниями конфузора составляет 300-400 мм из условия эффективной эжекции компонентов стоков и стабилизации горения топлива.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство для огневого обезвреживания сточных вод.

Устройство включает топочную камеру 1, на фронтовой стене 2 которой расположена амбразура 3 горелки для подачи на сжигание энергетического топлива. Задняя стена камеры 1 оборудована выходным окном 4 для удаления продуктов сгорания и обезвреживания стоков. В поду 5 камеры 1 установлена ванна 6, ограниченная по периметру стенками 7, а снизу барботажной решеткой 8, к которой подведен короб 9 для подачи барботажного агента. Ванна 6 выше уровня решетки 8 снабжена патрубком 10 для подачи стоков на обезвреживание. Между ванной 6 и фронтовой стеной 2 на поду 5 установлен вкладыш 11, высота которого плавно и непрерывно возрастает по мере приближения к фронтовой стене 2. В правой стене 7 ванны 6 выполнен выступ 12, снабженный рядом отверстий 13. Внутри камеры 1 по оси амбразуры 3 с зазором по отношению к стене 2 размещен конфузор 14, внутренний диаметр которого непрерывно снижается по мере удаления от стены 2.

Устройство работает следующим образом. Через горелку, установленную в амбразуре 3, в топочную камеру 1 поступает энергетическое топливо (природный газ или мазут), которое сгорает в объеме факела, расположенного над ванной 6. При этом зона воспламенения топлива (корень факела) находится внутри конфузора 14.

В ванну 6 на поверхность распределительной решетки 8 через патрубок 10 поступают сточные воды, подлежащие огневому обезвреживанию. Небарботируемую высоту для стоков в ванне 6 поддерживают на уровне 60-80 мм. Через короб 9 под решетку 8 подается барботажный агент (уходящие газы с температурой 120-200^оС при доле их рециркуляции 10-20%). При прохождении барботажного агента через отверстия решетки 8 внутри ванны 6 создается динамичный газожидкостной слой, с поверхности которого в надслоевое пространство выносятся капли и пары отходов. Расход барботажного агента через короб 9 устанавливают таким, чтобы его скорость на поверхности слоя составляла 0,6-1,3 м/c.

При поступлении топливовоздушной смеси из амбразуры 3 в камеру 1 внутри конфузора 14 по периферии корня факела создается зона пониженного давления. При этом в результате эжектирующего эффекта за счет сил вязкости при высокотемпературном поступлении в камеру 1 топливовоздушной смеси расположенные между факелом и поверхностью слоя стоков низкотемпературные газы подсасываются внутрь конфузора 14, плавно омывая поверхность вкладыша 11. Величину зазора между конфузором 14 и фронтовой стеной 2 принимают из условия эффективного транспорта газами компонентов стоков в зону обезвреживания при минимальном аэродинамическом сопротивлении конфузора 14. Эжектируемые в конфузор 14 низкотемпературные газы захватывают с поверхности слоя стоков ванны 6 мелкие капли и пары отходов и транспортируют их через конфузор 14 в факел энергетического топлива. За пределами конфузора 14 (за зоной устойчивого воспламенения топливовоздушной смеси) пары и капли стоков за счет турбулизации потоков активно внедряются в ядро факела, где интенсивно перемешиваются с окислителем и подвергаются огневой обработке в объеме камеры 1.

Часть высокотемпературных продуктов сгорания из концевой зоны факела в результате обратных токов за счет местного сопротивления, вносимого выступом 12, через отверстия 13 возвращается в надслоевую зону ванны 6. При этом улучшается захват капель и паров стоков газами и повышается время пребывания веществ в зоне огневой обработки. Обезвреживание веществ происходит в диффузионной области горения топлива при температуре выше 1300^оС.

В результате обратных токов газов из надслоевой области ванны 6 по двум контурам через конфузор 14 и отверстия 13 выступа 12 повышается полнота термического разложения компонентов стоков и улучшается огневое обезвреживание веществ.

Продукты огневого обезвреживания стоков вместе с продуктами сгорания топлива удаляются за пределы топочной камеры 1 через выходное окно 4.

Обоснование заявляемых параметров.

Оптимальное отношение диаметра меньшего поперечного сечения конфузора к диаметру амбразуры равно d_к/d_a = 1,2-1,4.

При отношении d_к/d_a менее 1,2 существенно повышается расход эжектируемых внутрь низкотемпературных газов, что заметно повышает аэродинамические сопротивления горелочного устройства и ухудшает предварительное, предпламенное смесеобразование топливовоздушной смеси с рециркулируемыми в корень факела низкотемпературными газами, содержащими компоненты стоков. Кроме того, в результате омывания поверхностью факела кромки выходного сечения конфузора она подвергается обгоранию. Кроме того, повышенный расход "холодных" эжектируемых газов в корень факела ухудшает устойчивость воспламенения топливовоздушной смеси и приводит к срыву процесса горения топлива.

При отношении d_к/d_a выше 1,4 за счет ухудшения эжектирующего эффекта снижается расход транспортирующего агента (низкотемпературных газов) с компонентами стоков к корню факела, ухудшается турбулизация потоков за пределами конфузора, снижается интенсивность и полнота обезвреживания веществ.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГНЕВОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД, включающее топочную камеру с фронтально расположенными амбразурами горелки для сжигания энергетического топлива и расположенную в поду топочной камеры ванну с выступом в ее правой стене, отличающееся тем, что оно снабжено вкладышем, установленным между подом ванны и фронтовой стенкой, высота которого по мере приближения к фронтовой стене непрерывно возрастает от уровня верхней кромки ванны барботажа до нижней границы амбразуры, и конфузором, установленным по оси амбразуры в топочной камере, выполненным в виде полого усеченного конуса, отстоящего от фронтовой стенки, при этом диаметр меньшего поперечного сечения конфузора в 1,2 - 1,4 раза превышает диаметр амбразуры, а в выступе ванны выполнен ряд отверстий.

РИСУНКИ

Рисунок 1