RU2471726C1

RU2471726C1 - System for recycling wet carbon-containing wastes

Info

Publication number: RU2471726C1
Application number: RU2011137232/05A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов; Мария Олеговна Стареева
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов; Мария Олеговна Стареева
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-01-10

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to systems for recycling carbon-containing wastes and can be used at thermal power stations, at coal-cleaning plants, at oil refineries when recycling hydraulic and oil sludge, as well as at power generating facilities for recycling sewage sludge. The system comprises a furnace, a heat exchanger and an ash collector. The furnace has a fluidised bed and has a dome shaped housing made of refractory material with a grate bar. An inert carrier is placed on the fire grate in form of coarse-grained quartz sand. Inside the boiler there are water heating pipes which are connected to the heat consumer. A swirl-nozzle burner is mounted on the side wall of the boiler. Wastes are fed through an atomising device. The ash collector has an inlet pipe, a housing, an outlet pipe, a hopper, and sprinkler and spray nozzles in form of centrifugal atomisers. Each atomiser has a housing, a nozzle and a swirler insert. The nozzle has a divergent channel for feeding liquid into a cylindrical hole which is axially symmetrical to the housing and smoothly turns into a profiled hole in form of a de Laval nozzle.

EFFECT: high efficiency of cleaning furnace gases.

3 dwg

Description

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.The invention relates to recycling systems and can be used at thermal power plants, coal processing plants, oil refineries for the disposal of sludge and oil sludge, as well as energy technology complexes for the disposal of sewage sludge.

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).The closest technical solution to the claimed object is the utilizer-ash collector according to the patent of the Russian Federation No. 2316380, C02B 1/10, containing the utilizer inlet pipe, housing, outlet pipe, hopper, irrigation and spray nozzles (prototype).

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая степень ресурсосбережения и очистки дымовых газов.A disadvantage of the known device is the relatively low degree of resource conservation and flue gas cleaning.

Технический результат - повышение эффективности энерго-ресурсосбережения и очистки дымовых газов.The technical result is an increase in the efficiency of energy and resource saving and flue gas cleaning.

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.This is achieved by the fact that in a wet carbon-based waste disposal system containing a furnace, a heat exchanger and an ash collector, the furnace is made of a fluidized bed and contains a vaulted body made of refractory material with a grate located at 1/3 of the height of the body from its lower part, on which the nozzle is located grate, and the total area of the nozzle openings is about 30 ÷ 50% of the grate area, and a screw unloader is installed in the lower part of the furnace body, and the grate is located on the grate an inert carrier in the form of coarse quartz sand, and inside the boiler body there are water heating pipes connected to the heat consumer, while the coolant from the blower fan connected to the heat conduit with the outlet of the high-temperature heater of the heat exchanger is located in the nozzles, and a vortex burner nozzle is installed in the side wall of the boiler, working from gaseous fuels, such as biogas coming from a bioreactor, while the waste is fed from a pneumatic loading device through a dusting device made with a tangential coolant supply, and the chimney is located in one of the side walls of the boiler and is connected by a heat conduit to a heat exchanger, the outlet of which is connected to an ash collector containing an inlet pipe, a housing, an outlet pipe, a hopper, irrigation and spray nozzles, which are centrifugal nozzles for spraying liquids are used, each of which contains a housing, a nozzle, and a swirl insert coaxially located with them, and an expanding channel is made in the nozzle Al for supplying fluid to a cylindrical hole, which is made axisymmetrically to the body and smoothly passes into, coaxial with it, a shaped hole made in the form of a Laval nozzle, and in the cylindrical hole of the body, axisymmetrically mounted to it, is a cylindrical swirler insert having external peripheral helical threaded channels, and along the axis of the swirl insert, a central axial hole is made with screw thread on the inner surface, the reverse direction of the channel cutting, while the swirl insert it is mounted in the housing through elastic gaskets and is pressed by the fitting by means of a threaded connection between the housing and the fitting.

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.Figure 1 shows a diagram of a system for the utilization of wet carbon-containing waste, figure 2 is a top view of the ash collector, figure 3 is a functional section of the nozzle for spraying liquid.

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 м³/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.The system for utilizing wet carbon-containing waste (FIGS. 1, 2) contains a fluidized bed furnace 1 containing a vaulted casing of refractory material with a grate 2 located at a distance of 1/3 of the casing height from its lower part, on which the nozzle grate 3 is located, and the total the area of the nozzle holes is about 30 ÷ 50% of the area of the grate 2. In the lower part of the furnace body 1 there is a screw unloader 4. An inert support in the form of coarse quartz sand or ball is located on the grate 2 of heat-resistant material, the dimensions of which are in the range 1–3 mm, and the height of the inert carrier bulk layer is about 0.4–0.6 m. Inside the boiler body there are water heating pipes connected to a heat consumer (not shown in the drawing). The coolant (hot air with a temperature of the order of 400 ÷ 600 ° C) is supplied to the nozzles 3 from the blower fan 5 (high-pressure fan with an air flow rate of about 1000 ÷ 5000 m ³ / h), connected by a heat pipe 6 to the outlet of a high-temperature air heater 16 of the heat exchanger 15. To ignite and maintain an optimal combustion mode, a vortex nozzle-burner 9 is installed in the side wall of the boiler, which is powered by gaseous fuel, for example biogas, coming from bioreactor 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).The head blower fan 17, connected to the inlet of the high-temperature air heater 16, is installed in series with the blower fans 5 and 12, which create the required pressure in the nozzles. The blower fan 12 supplies hot air with a temperature of about 400-600 ° C. to a spray device 10, the inlet of which is connected to the outlet of the pneumatic loading device 11 for supplying wet carbon-containing waste. The spray device 10 is made with a tangential supply of coolant, which allows to increase its efficiency due to the vortex processes of mixing liquid waste with hot air coming from a high-temperature air heater 16. The chimney 13 can be located in the upper vaulted part of the housing or in at least one of its side walls; it is connected by a heat conductor 14 to a heat exchanger 15, the outlet of which is connected by an air duct 18 to an ash collector containing an inlet pipe 19 (FIGS. 1-2), a housing 20, an output pipe 21, a hopper 22, irrigation 23 and spray nozzles 24, which are used as centrifugal nozzles for spraying liquid (figure 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.The nozzle for spraying liquid consists of a housing 25 and, coaxially located with it in the upper part, a fitting 26 in which an expanding channel 27 for supplying fluid to a cylindrical hole 28 is made, which is made axisymmetrically to the housing 25. The cylindrical hole 28 smoothly passes into a coaxial with it , a shaped hole 29 made in the form of a Laval nozzle. A cylindrical swirler insert 30 having external peripheral screw-shaped threaded channels 31 is installed in the housing opening 28, axisymmetrically to it. A central axial hole 32 is made along the axis of the swirl-insert 30 with a screw thread on the inner surface, the reverse direction of the cutting of channels 31. External screw-shaped thread channels 31 and screw cutting on the inner surface of the axial hole 32 can be performed with a variable pitch. The swirl insert 30 is installed in the housing 25 through the elastic gaskets 33 and 34 and is pressed by the fitting 26 by means of a threaded housing-fitting connection.

Система утилизации мокрых углеродсодержащих отходов работает следующим образом.A system for utilizing wet carbonaceous wastes is as follows.

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 м³/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.To ignite and maintain an optimal combustion mode, a vortex nozzle-burner 9 is installed in the side wall of the boiler. coarse quartz sand, wet carbonaceous wastes fall on a fluidized bed of hot quartz sand, while water instantly evaporates, and solid particles of fuel burn out intensively, from giving heat to the boiler water pipes. The combustion temperature reaches about 80 ÷ 950 ° C, and its stability is maintained due to the presence in the combustion zone of water and steam and a heat accumulator in the form of a hot inert carrier, which provides the necessary inertia of the combustion process. Hot air with a temperature of about 400 ÷ 600 ° C from a high-pressure blower fan 5 with an air flow rate of about 1000 ÷ 5000 m ³ / h connected by a heat pipe 6 with the outlet of a high-temperature air heater 16 of the heat exchanger 15. Chimney 13 can be located in the nozzle 3 the upper vaulted part of the body or, at least, in one of its side walls; it is connected by a heat conductor 14 to a heat exchanger 15, the output of which by an air duct 18 is connected to an ash collector containing an inlet pipe 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).In a wet ash collector (FIGS. 1, 2), dust separated by centrifugal forces settles on a film of water flowing down the apparatus wall, which reduces the secondary capture of ash particles of the stream. A higher degree of capture is achieved by using centrifugal nozzles as irrigation 23 and spray 24 nozzles, as well as wet scrubbers with a device for pre-moistening the gas (for example, a pre-switched Venturi apparatus with spray nozzles 24).

Форсунка для распыления жидкости работает следующим образом.The nozzle for spraying liquid works as follows.

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.The fluid enters the housing 25 through the fluid supply channel 27 in the nozzle 26, and then into the central cylindrical hole 28. The fluid begins to swirl in the peripheral channels of the swirl insert 30 and simultaneously in the internal channels of the central axial hole 32 in the opposite direction. Such a fluid flow at the exit from the figured hole 29 in the form of a Laval nozzle is well disclosed due to centrifugal forces arising from the rotation of the liquid, and is finely dispersed inside the conical torch due to turbulent flow along the axis of the nozzle 29. With an average diameter of the throttle hole 28, in the range 2.5 ... 3.5 mm, and the pressure supplied through a cylindrical hole 32 of the liquid under a pressure of 6 ... 9 MPa provides spraying from 400 to 1000 kg / h of liquid. The nozzle is easy to manufacture and maintain.

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.The proposed system can be used in thermal power plants, in coal processing plants, oil refineries for the disposal of sludge and oil sludge, as well as in energy technology complexes for the disposal of sewage sludge.

Claims

Система утилизации мокрых углеродсодержащих отходов, содержащая топку, теплообменник и золоуловитель, отличающаяся тем, что 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. A system for utilizing wet carbon-containing wastes containing a firebox, a heat exchanger and an ash collector, characterized in that the firebox is made of a fluidized bed and contains a vaulted casing made of refractory material with a grate located 1/3 of the casing height from its lower part, on which the nozzle grate is located, moreover, the total area of nozzle openings is about 30 ÷ 50% of the area of the grate, and a screw unloader is installed in the lower part of the furnace body, and the grate is located on the grate The carrier medium is in the form of coarse quartz sand, and inside the boiler body there are water heating pipes connected to the heat consumer, while the coolant is supplied to the nozzles from a blower fan connected by a heat pipe to the outlet of the high-temperature heater of the heat exchanger, and a vortex burner nozzle is installed in the side wall of the boiler, working from gaseous fuels, such as biogas coming from a bioreactor, with the waste being fed from a pneumatic loading device through a spray an integral device made with a tangential inlet of the heat carrier, and the chimney is located in one of the side walls of the boiler and is connected by a heat pipe to a heat exchanger, the output of which is connected to an ash collector containing an inlet pipe, a housing, an outlet pipe, a hopper, irrigation and spray nozzles, which centrifugal nozzles for spraying liquids are used, each of which contains a housing, a nozzle and an insert swirl coaxially located with them, and an expanding channel is made in the nozzle for I supply liquid into a cylindrical hole, which is made axisymmetrically to the body and smoothly passes into a figured hole made in the form of a Laval nozzle coaxially with it, and in the cylindrical hole of the body, a cylindrical swirl insert is installed, having external peripheral helical threaded channels, and along the axis swirl inserts have a central axial hole with a screw thread on the inner surface, the reverse direction of the channel cutting, while the swirl insert is installed It is poured in the housing through elastic gaskets and is pressed by the fitting by means of a threaded connection between the housing and the fitting.