RU2650936C1 - Method for reducing the reduction of harmful combustion products into the environment by the combustion of the dried sludge - Google Patents
Method for reducing the reduction of harmful combustion products into the environment by the combustion of the dried sludge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650936C1 RU2650936C1 RU2016129568A RU2016129568A RU2650936C1 RU 2650936 C1 RU2650936 C1 RU 2650936C1 RU 2016129568 A RU2016129568 A RU 2016129568A RU 2016129568 A RU2016129568 A RU 2016129568A RU 2650936 C1 RU2650936 C1 RU 2650936C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion
- environment
- sludge
- harmful
- reducing
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000010802 sludge Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 abstract description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 6
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 SO 2 Chemical class 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001477 organic nitrogen group Chemical group 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 1
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 239000002816 fuel additive Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hcl hcl Chemical compound Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000010841 municipal wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/18—Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области экологии и защиты окружающей среды, а точнее к способам обработки осадка сточных вод.The invention relates to the field of ecology and environmental protection, and more specifically to methods for treating sewage sludge.
Развитие водопроводно-канализационного хозяйства, ужесточение нормативов по сбросу условно очищенных сточных вод в водные объекты, приводит к образованию большого количества осадка сточных вод (далее ОСВ), который необходимо в дальнейшем подвергать переработке.The development of a water supply and sewage system, the tightening of standards for the discharge of conditionally treated wastewater into water bodies, leads to the formation of a large amount of sewage sludge (hereinafter referred to as WWS), which must be further processed.
Одно из основных направлений утилизации ОСВ является сжигание, в результате которого выделяются вредные выбросы, главным образом в виде NO2, SO2, SO3, HCl.One of the main directions of WWS utilization is burning, as a result of which harmful emissions are emitted, mainly in the form of NO 2 , SO 2 , SO 3 , HCl.
На практике для этого широко применяется способ сжигания ОСВ в псевдоожиженном слое, для чего используют специальные печи.In practice, a method for burning WWS in a fluidized bed is widely used for this, for which special furnaces are used.
Конструкция печи псевдоожиженного слоя являет собой металлическую обечайку, обмурованную изнутри тяжелым огнеупорным кирпичом. Внутренняя полость печи разделена на две части сводом псевдоожижения - дутьевую камеру и реактор. Свод псевдоожижения выполнен из огнеупорных кирпичей, оборудован стальными соплами, на него нагружается подушка высокопрочного кварцевого песка. В дутьевую камеру подается большой расход воздуха, нагретого отходящими дымовыми газами. Конструкция сопел такова, что они позволяют воздуху подниматься в реактор, но удерживают песок от попадания в дутьевую камеру. Частицы песка в высокоскоростном турбулентном потоке воздуха находятся во взвешенном состоянии, не опускаясь на свод, но и не поднимаясь под купол реактора, образуя так называемый псевдоожиженный слой.The design of the fluidized bed furnace is a metal shell encased inside with a heavy refractory brick. The internal cavity of the furnace is divided into two parts by a fluidization arch - a blast chamber and a reactor. The fluidization vault is made of refractory bricks, equipped with steel nozzles, and a pillow of high-strength quartz sand is loaded on it. A large flow rate of air heated by the exhaust flue gas is supplied to the blow chamber. The nozzle design is such that they allow air to rise into the reactor, but keep the sand from entering the blast chamber. Sand particles in a high-speed turbulent air flow are in suspension, not dropping on the arch, but not rising under the dome of the reactor, forming the so-called fluidized bed.
Обезвоженный осадок подается непосредственно в слой песка, смешиваясь с ним. Частицы осадка, попадая в зону высоких температур, отдают остаточную влагу и, стираясь в турбулентном потоке частиц песка, превращаются в мелкодисперсную пыль. Удельный вес частиц осадка меньше, чем таковой у песка, поэтому они поднимаются в верхнюю часть реактора, где и происходит горение. Органическая составляющая осадка активно окисляется в избытке кислорода и превращается в газообразные продукты горения, а минеральная - выносится потоком дымовых газов в газоход в виде мелкодисперсной золы.Dehydrated sludge is fed directly into the sand layer, mixing with it. Particles of sediment, falling into the zone of high temperatures, give off residual moisture and, being erased in a turbulent stream of sand particles, turn into fine dust. The specific gravity of the sediment particles is less than that of sand, so they rise to the upper part of the reactor, where combustion takes place. The organic component of the sludge is actively oxidized in excess oxygen and turns into gaseous products of combustion, and the mineral component is carried out by the flow of flue gases into the flue in the form of fine ash.
Непосредственно в слой песка предусматривается и подача дополнительного топлива, предназначенного для регулировки температуры слоя песка, а также для поддержания рабочей температуры при временном прекращении подачи осадка. Эля этого обычно используется природный газ или дизельное топливо, в зависимости от географических и экономических особенностей региона, в котором расположена установка.Directly into the sand layer is provided and the supply of additional fuel designed to adjust the temperature of the sand layer, as well as to maintain the operating temperature during a temporary suspension of sediment. For this, natural gas or diesel fuel is usually used, depending on the geographical and economic characteristics of the region in which the installation is located.
Главное преимущество такой печи - отсутствие движущихся механических деталей в зоне горения, что обеспечивает длительный срок эксплуатации установок в целом. Кроме того, широкий диапазон регулировки расхода и температуры дутьевого воздуха, расхода осадка и дополнительного топлива системой управления позволяет обеспечить поддержание жесткого температурного режима и оптимального состава продуктов горения.The main advantage of such a furnace is the absence of moving mechanical parts in the combustion zone, which ensures a long service life of the plants as a whole. In addition, a wide range of adjustment of the flow rate and temperature of the blast air, the flow rate of sludge and additional fuel by the control system allows you to maintain a strict temperature and optimal composition of the combustion products.
Образующиеся дымовые газы, в основном, состоят из СО2, СО, Н2О, O2, N2. Также присутствуют кислотные соединения, такие как SO2, SO3, HCl, NOx. Их концентрации изменяются с содержанием серы и хлора в органических веществах. Часть HCl может образовываться в процессе разложения неорганических веществ или в результате реакции между хлором и оксидом алюминия или кремния, содержащихся в сухом веществе осадка.The resulting flue gases mainly consist of CO 2 , CO, H 2 O, O 2 , N 2 . Also present are acid compounds, such as SO 2 , SO 3 , HCl, NOx. Their concentrations vary with the content of sulfur and chlorine in organic substances. Part of the HCl can be formed during the decomposition of inorganic substances or as a result of the reaction between chlorine and alumina or silicon oxide contained in the dry matter of the precipitate.
Присутствие NOx и СОх является результатом кинетики горения и содержания азотосодержащих соединений в осадке. Концентрация загрязняющих веществ зависит от турбулентности потока, времени контакта и температуры сжигания.The presence of NOx and COx is the result of combustion kinetics and the content of nitrogen-containing compounds in the sediment. The concentration of pollutants depends on the turbulence of the stream, contact time and combustion temperature.
В системе горения оксиды азота образуются либо за счет сгорания азота, содержащегося в воздухе, с кислородом (термическое образование), либо за счет окисления азота, присутствующего в продуктах, подлежащих сжиганию.In the combustion system, nitrogen oxides are formed either due to the combustion of nitrogen contained in the air with oxygen (thermal formation), or due to the oxidation of nitrogen present in the products to be burned.
При очень высоких температурах (около 1800°C) основной причиной их образования является термическое. Однако при более низких температурах образование NOx, главным образом, происходит из органического азота. Содержание NOx 100 мг/м3 соответствует с органическим окислением азота примерно 2%.At very high temperatures (around 1800 ° C), the main reason for their formation is thermal. However, at lower temperatures, the formation of NOx mainly comes from organic nitrogen. A NOx content of 100 mg / m 3 corresponds to an organic nitrogen oxidation of about 2%.
Зола представляет собой неорганическую часть осадка. Нижеприведенная таблица представляет примерный состав золы (в %). Естественно, что состав золы может изменяться в зависимости от очистки воды и обработки осадка (см. таблицу 1).Ash is an inorganic part of the sediment. The table below represents the approximate composition of the ash (in%). Naturally, the composition of the ash can vary depending on water treatment and sludge treatment (see table 1).
Золы являются сильно щелочными, что позволяет нейтрализовать часть кислотных газов, образующихся в процессе сжигания. Эти реакции активируются в псевдоожиженном слое печи (высокая турбулентность и продолжительное время контакта).Ashes are highly alkaline, which allows to neutralize part of the acid gases generated during the combustion process. These reactions are activated in the fluidized bed of the furnace (high turbulence and long contact time).
Известняк, присутствующий в осадке, преобразуется в известь за счет тепловой энергии и частично взаимодействует с диоксидом серы.Limestone present in the sediment is converted into lime due to thermal energy and partially interacts with sulfur dioxide.
CaCO3 + Тепло ⇒ СаО + CO2 CaCO 3 + Heat ⇒ CaO + CO 2
СаО + SO2 + 1/2 О2 ⇒ CaSO4 CaO + SO 2 + 1/2 O 2 ⇒ CaSO 4
Несмотря на то, что часть металлов удаляется в процессе очистки сточных вод, большая их часть все же остается и концентрируется в осадке.Despite the fact that some of the metals are removed in the wastewater treatment process, most of them still remain and are concentrated in the sludge.
При температуре сжигания и в присутствии кислорода металлы, присутствующие в осадке, окисляются. Кроме того, некоторые оксиды или металлы переходят в газообразное или аэрозольное состояние. Обычно, металлы относятся к трем классам в зависимости от их летучести или токсичности.At the combustion temperature and in the presence of oxygen, the metals present in the precipitate are oxidized. In addition, some oxides or metals go into a gaseous or aerosol state. Usually, metals belong to three classes, depending on their volatility or toxicity.
При применении данной технологии в связи с образованием большого числа газообразных продуктов горения необходимо использовать дополнительное оборудование для газоочистки. На практике используются следующие средства.When applying this technology in connection with the formation of a large number of gaseous products of combustion, it is necessary to use additional equipment for gas purification. In practice, the following tools are used.
Электрофильтр предназначен для удаления пыли из отходящих дымовых газов. Создание электрического поля от заряда трансформаторов заряжает взвешенные частицы и способствует их перемещению к осадительным электродам. Система встряхивания этих электродов приводит к падению золы в приемные бункеры.The electrostatic precipitator is designed to remove dust from the exhaust flue gases. The creation of an electric field from the charge of transformers charges suspended particles and facilitates their movement to the precipitation electrodes. The shaking system of these electrodes causes ash to fall into the receiving hoppers.
Рукавный фильтр предназначен для удаления пыли из дымовых газов за счет прохождения потока через пористую ткань. Пыль образует на ткани фильтрационный осадок, который в действительности осуществляет адсорбцию и фильтрацию. Этот осадок периодически удаляется при помощи пульсирующего потока сжатого воздуха, подаваемого в рукавный фильтр и вызывающего быстрое расширение рукавов фильтра.The bag filter is designed to remove dust from flue gases due to the passage of flow through a porous fabric. Dust forms a filter cake on the fabric, which in fact adsorbs and filters. This precipitate is periodically removed using a pulsating stream of compressed air supplied to the bag filter and causing rapid expansion of the filter bags.
Печи такой конструкции начали активно внедрять на коммунальных очистных сооружениях крупных европейских городов уже в 1950-1960-е гг. и используются в настоящее время.Furnaces of this design began to be actively introduced at municipal wastewater treatment plants in large European cities as early as the 1950-1960s. and are currently in use.
Данная технология обезвреживания ОСВ обладает существенным недостатком, который заключается в образовании большого количества дымовых газов, вредящих окружающей среде. Для их обезвреживания приходится использовать дорогостоящее сложное оборудование и производить дополнительные операции. При этом из-за агрессивности дымовых газов, которые являются причиной коррозии, резко уменьшается срок эксплуатации оборудования для их очистки и всех трубопроводов, по которым они проходят из-за значительного количества образующихся трудноудаляемых отложений. В низкотемпературной части газового тракта (экономайзер, пароперегреватель, дымоходы, фильтры, дымовая труба) при температурах ниже 250°C и наличии серы в топливе возникает опасность образования паров сернистой и серной кислоты (SO2+H2O=H2SO3; SO3+H2O=H2SO4) и развития низкотемпературной коррозии на поверхностях нагрева (Fe+H2SO4=FeSO4+H2). Точка росы SO2, SO3 – температура, при которой начинается конденсация кислот, для высокосернистых топлив может достигать 160°C. При сжигании серы появляются окислы серы SO2, SO3. Соотношение между ними 93-95% SO2 и 5-7% SO3 в зависимости от содержания кислорода, температуры сжигания. Наличие таких катализаторов, как V2O5, может значительно увеличить долю SO3.This technology for the disposal of WWS has a significant drawback, which consists in the formation of a large amount of flue gases that harm the environment. To neutralize them, you have to use expensive sophisticated equipment and perform additional operations. At the same time, due to the aggressiveness of flue gases, which are the cause of corrosion, the service life of equipment for cleaning them and all pipelines through which they pass due to a significant amount of hard-to-remove deposits is sharply reduced. In the low-temperature part of the gas path (economizer, superheater, chimneys, filters, chimney) at temperatures below 250 ° C and the presence of sulfur in the fuel, there is a danger of the formation of sulfurous and sulfuric acid vapors (SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 ; SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 ) and the development of low-temperature corrosion on heating surfaces (Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 ). The dew point of SO 2 , SO 3 is the temperature at which acid condensation begins, for sour fuels can reach 160 ° C. When burning sulfur, sulfur oxides SO 2 , SO 3 appear. The ratio between them is 93-95% SO 2 and 5-7% SO 3 depending on the oxygen content, combustion temperature. The presence of catalysts such as V 2 O 5 can significantly increase the proportion of SO 3 .
Существует широко известный традиционный способ борьбы с вредными газами, который основан на том, что в зону горения при сжигании ОСВ подают гранулы порошка оксида магния - MgO, который в результате химического взаимодействия с горячими газами превращает вредные газообразные вещества в безвредные твердые соли на основе магния, которые в дальнейшем с потоком газов попадают в очистительные приспособления.There is a well-known traditional method of combating harmful gases, which is based on the fact that granules of magnesium oxide powder, MgO, are fed into the combustion zone when burning WWS, which, as a result of chemical interaction with hot gases, turns harmful gaseous substances into harmless solid magnesium-based salts, which subsequently with a stream of gases fall into cleaning devices.
Данный способ выбран в качестве прототипа и является наиболее близким к предлагаемому техническому решению.This method is selected as a prototype and is the closest to the proposed technical solution.
Данный способ имеет существенный недостаток.This method has a significant drawback.
Оксид магния представляет собой кристаллы белого цвета. Так как эффективность применения оксида магния по способу-прототипу напрямую зависит от площади поверхности вещества, то гранулы порошка делают максимально меньшего размера с тем, чтобы увеличить площадь. Для этого необходимо использовать механические приспособления (например, дробилки), что, однако, оказывается недостаточным, чтобы большая часть MgO включилась в химическую реакцию. Теоретически такого можно было бы добить при достижении температуры плавления в зоне горения. Однако высокая температура плавления оксида магния - 2825°С, делает это на практике не достижимым и/или экономически не эффективным. В результате значительная часть вредных газов не нейтрализуется и требует дальнейшей очистки и агрессивно воздействует на трубопроводы и оборудование, в том числе провоцирует коррозию, а большая часть молекул MgO не вступает в реакцию.Magnesium oxide is a white crystal. Since the effectiveness of the use of magnesium oxide by the prototype method directly depends on the surface area of the substance, the granules of the powder are made as small as possible in order to increase the area. For this, it is necessary to use mechanical devices (for example, crushers), which, however, is not sufficient for most of the MgO to be included in the chemical reaction. Theoretically, this could be achieved when the melting point in the combustion zone was reached. However, the high melting point of magnesium oxide - 2825 ° C, makes this in practice unattainable and / or economically inefficient. As a result, a significant part of harmful gases is not neutralized and requires further purification and aggressively affects pipelines and equipment, including it provokes corrosion, and most of the MgO molecules do not react.
Задачей предлагаемого технического решения является сведение к минимуму появления газообразных продуктов горения, что позволяет добиться технического эффекта: снижения вреда окружающей среде, упрощения состава необходимого оборудования за счет отказа от сложных систем газоочистки, снижения коррозионного воздействия на оборудование и трубопроводы.The objective of the proposed technical solution is to minimize the appearance of gaseous products of combustion, which allows to achieve a technical effect: reduce environmental damage, simplify the composition of the necessary equipment due to the rejection of complex gas cleaning systems, reduce the corrosion effect on equipment and pipelines.
Топливные присадки - это химические элементы, соединения или вещества, вводимые непосредственно в сжигаемое топливо с целью улучшения его эксплуатационных, экологических и других свойств. Они различаются по функциональности и агрегатному состоянию, могут воздействовать как на одно свойство топлива, так и на ряд его свойств, в последнем случае присадку принято называть комплексной.Fuel additives are chemical elements, compounds or substances that are introduced directly into the combustible fuel in order to improve its operational, environmental and other properties. They differ in functionality and state of aggregation, can affect both one property of the fuel and a number of its properties, in the latter case it is customary to call the additive complex.
Присадки, поступая в зону горения, нагреваются до топочных температур, под действием которых ослабевают и рвутся межмолекулярные связи. В результате разрыва образуются свободные электроны и протоны, которые перескакивают на орбиты других химических элементов и соединений, этот процесс сопровождается многочисленными микровзрывами и выделением дополнительной энергии [1, 2]. Наличие химических элементов и соединений, поставляемых в зону горения в процессе термической трансформации присадки, интенсифицирует и активизирует процесс горения; изменяет соотношение реагирующих элементов, соединений и веществ; разбавляет действующие концентрации участвующих в реакциях компонентов; вносит в зону горения дополнительные кислород, водород и воду.Additives entering the combustion zone are heated to furnace temperatures, under the influence of which intermolecular bonds are weakened and broken. As a result of the disruption, free electrons and protons are formed, which jump to the orbits of other chemical elements and compounds, this process is accompanied by numerous microexplosions and the release of additional energy [1, 2]. The presence of chemical elements and compounds supplied to the combustion zone in the process of thermal transformation of the additive intensifies and activates the combustion process; changes the ratio of reacting elements, compounds and substances; dilutes the active concentration of the components involved in the reactions; introduces additional oxygen, hydrogen and water into the combustion zone.
Наиболее эффективными из твердых присадок по совокупности показателей оказались соединения, содержащие в своем составе магний [3, 4]. Из твердых присадок наиболее широко использовался каустический магнезит (MgO) и доломит (MgCO⋅CaCO).The most effective of solid additives in terms of indicators turned out to be compounds containing magnesium [3, 4]. Of the solid additives, caustic magnesite (MgO) and dolomite (MgCO⋅CaCO) were most widely used.
Суть предлагаемого способа заключается в следующем.The essence of the proposed method is as follows.
Современные технологии позволили получить наночастицы гидроокиси магния (один из примеров таких наночастиц и способ их получения изложен в патенте на изобретение RU 2561379), первичные частицы которого имеют продольный размер от 150 до 900 нм и толщину от 15 до 150 нм, а вторичные диаметр примерно 2 мкм. Такие наночастицы Mg(OH)2 помимо своих обычных свойств обладают уникально большой площадью поверхности, позволяющей активно взаимодействовать частице с другими веществами (удельная площадь составляет порядка 15-20 м2/г при определении методом БЭТ). Большая поверхность частиц позволяет до нагрева обеспечить большую площадь соприкосновения Mg(OH)2 с осадком и обеспечивает высокую эффективность взаимодействия с дымовыми газами при сжигании, а также исключает образование непрореагированных зон при сжигании, что могло бы произойти при подаче обычного, а не наноструктурированного Mg(OH)2.Modern technologies have made it possible to obtain magnesium hydroxide nanoparticles (one of the examples of such nanoparticles and the method for their preparation are described in patent RU 2561379), the primary particles of which have a longitudinal size of 150 to 900 nm and a thickness of 15 to 150 nm, and the secondary diameter is about 2 microns. Such Mg (OH) 2 nanoparticles, in addition to their usual properties, have a uniquely large surface area that allows the particle to actively interact with other substances (the specific area is about 15-20 m 2 / g when determined by the BET method). The large surface of the particles allows, prior to heating, to provide a large contact area of Mg (OH) 2 with the precipitate and ensures high efficiency of interaction with flue gases during combustion, and also eliminates the formation of unreacted zones during combustion, which could occur when conventional, rather than nanostructured Mg ( OH) 2 .
По способу при подачи ОСВ и наночастиц Mg(OH)2 в зону горения и при нагревании до топочных температур происходит образование молекул MgO и высвобождение воды из гидроокиси магния. При горении ОСВ образуются вредные газы на основе азота и серы, а также пары соляной кислоты. При их взаимодействии с оксидом магния образуются безвредные соли на основе магния.According to the method, when WWS and nanoparticles of Mg (OH) 2 are fed into the combustion zone and when heated to furnace temperatures, MgO molecules are formed and water is released from magnesium hydroxide. When burning WWS, harmful gases are formed based on nitrogen and sulfur, as well as hydrochloric acid vapors. When they interact with magnesium oxide, harmless magnesium-based salts are formed.
Попробуем проанализировать комплексность влияния и механизм действия присадок на основе наночастиц Mg(OH)2 на эффективность сжигания осадка с точки зрения уменьшения образования вредных газов.Let us try to analyze the complexity of the effect and the mechanism of action of additives based on Mg (OH) 2 nanoparticles on the efficiency of sludge combustion from the point of view of reducing the formation of harmful gases.
Предлагаемый способ реализуется на практике следующим образом.The proposed method is implemented in practice as follows.
В осадок сточных вод добавляют присадку - наночастицы Mg(OH)2, которая под воздействием температуры разлагается на молекулы MgO и воду. При попадании ОСВ с присадкой в камеру сгорания печи происходит нагрев до температуры сгорания осадка. При этом не имеет значения, применяется ли для этого обычная печь или печь с кипящим слоем. Далее за счет взаимодействия окислов серы (SO2, SO3), азота (NO2) и соляной кислоты (HCl) в дымовых газах с оксидом магния образуются соли на основе магния и, следовательно, снижается интенсивность их (газов) выброса во вне:An additive is added to the sewage sludge - Mg (OH) 2 nanoparticles, which decomposes into MgO molecules and water under the influence of temperature. When WWS with an additive enters the combustion chamber of the furnace, heating to the combustion temperature of the sludge occurs. It does not matter whether a conventional furnace or a fluidized bed furnace is used for this. Further, due to the interaction of sulfur oxides (SO 2 , SO 3 ), nitrogen (NO 2 ) and hydrochloric acid (HCl) in flue gases with magnesium oxide, magnesium-based salts are formed and, therefore, the intensity of their (gas) emission outside is reduced:
MgO+SO2=MgSO3 MgO + SO 2 = MgSO 3
MgO+SO3=MgSO4 MgO + SO 3 = MgSO 4
2MgO+4NO2=2Mg(NO3)2+O2 2MgO + 4NO 2 = 2Mg (NO 3 ) 2 + O 2
MgO+2HCl=MgCl2+H2OMgO + 2HCl = MgCl 2 + H 2 O
В дальнейшем получившиеся продукты вместе с оставшимися/образовавшимися газами (например, парами воды) турбулентным потоком увлекаются в системы дальнейшей обработки.Subsequently, the resulting products, together with the remaining / generated gases (for example, water vapor), are entrained by the turbulent flow into further processing systems.
Таким образом, образовавшиеся вредные газы в результате химических реакций преобразуются в безвредные соли, что позволяет добиться технического эффекта: снижения вреда окружающей среде, упрощения состава необходимого оборудования за счет отказа от сложных систем дальнейшей газоочистки и снижения уровня коррозии. Как следствие, повышается эффективность сжигания ОСВ, снижение образования отложений на поверхностях нагрева, снижение объемов проектирования строительно-монтажных работ при проектировании новых заводов по сжиганию ОСВ, что выгодно отличает предлагаемое техническое решение от прототипа.Thus, the resulting harmful gases are converted into harmless salts as a result of chemical reactions, which allows to achieve a technical effect: reducing environmental damage, simplifying the composition of the necessary equipment due to the rejection of complex systems for further gas purification and reducing the level of corrosion. As a result, the efficiency of burning WWS is increased, reducing the formation of deposits on heating surfaces, reducing the volume of design of construction and installation works when designing new plants for burning WWS, which distinguishes the proposed technical solution from the prototype.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Дубровин Е.Р., Дубровин И.Р. Использование присадок к угольному топливу. Энергетика и промышленность России, №21(257), 2014.1. Dubrovin E.R., Dubrovin I.R. The use of coal fuel additives. Energy and Industry of Russia, No. 21 (257), 2014.
2. Данилов A.M. Тенденции в разработке и применении присадок к топливам: Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции «Новые горючие и смазочные материалы с присадками» - Санкт-Петербург, 2010, 7-16 с.2. Danilov A.M. Trends in the development and application of fuel additives: Proceedings of the VI International Scientific and Practical Conference “New Combustible and Lubricating Materials with Additives” - St. Petersburg, 2010, 7-16 pp.
3. Зверева Э.Р., Фарахов Т.М. Энергоресурсосберегающие технологии и аппараты ТЭС при работе на мазутах. Учебно-справочное пособие, Москва, 2012.3. Zvereva E.R., Farakhov T.M. Energy and resource-saving technologies and devices of thermal power plants when operating on fuel oil. Textbook, Moscow, 2012.
4. Иванов К.И., Зегер К.Е., Чмовж В.Е О предотвращении загрязнения поверхностей нагрева мазутных котлов с помощью присадок. Теплоэнергетика. 1969 №1 с 13-17.4. Ivanov KI, Zeger KE, Chmovzh V.E. On the prevention of contamination of heating surfaces of oil-fired boilers using additives. Heat power engineering. 1969 No. 1 from 13-17.
5. Патент RU 2561379.5. Patent RU 2561379.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016129568A RU2650936C1 (en) | 2016-07-19 | 2016-07-19 | Method for reducing the reduction of harmful combustion products into the environment by the combustion of the dried sludge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016129568A RU2650936C1 (en) | 2016-07-19 | 2016-07-19 | Method for reducing the reduction of harmful combustion products into the environment by the combustion of the dried sludge |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2650936C1 true RU2650936C1 (en) | 2018-04-18 |
Family
ID=61977013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016129568A RU2650936C1 (en) | 2016-07-19 | 2016-07-19 | Method for reducing the reduction of harmful combustion products into the environment by the combustion of the dried sludge |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2650936C1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU361983A1 (en) * | 1970-06-02 | 1972-12-13 | METHOD OF BURNING DRAIN SEDIMENTATION | |
| SU994442A1 (en) * | 1981-08-17 | 1983-02-07 | Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды Академии коммунального хозяйства им.К.Д.Памфилова | Process for treating precipitates of effluents from textile production |
| JPH07167414A (en) * | 1993-11-09 | 1995-07-04 | Tokyo Gas Co Ltd | Sludge incinerating method |
| JP2002220580A (en) * | 2001-09-18 | 2002-08-09 | Sumiyoshi Kinzoku Kk | Controlling material for controlling emission of hydrogen chloride, chlorine or dioxins |
| RU2211192C1 (en) * | 2002-03-28 | 2003-08-27 | Соколов Виктор Дмитриевич | Method of processing dehydrated waste water sediments |
| RU2375634C2 (en) * | 2004-01-08 | 2009-12-10 | Фьюэл Тэк, Инк | Method of plume opacity coefficient reduction and combustion chamber performance optimisation |
| CN103351094A (en) * | 2013-06-25 | 2013-10-16 | 天津大学 | Slagging resistance method for mixed burning of biomass and sludge |
| RU2559505C2 (en) * | 2009-09-28 | 2015-08-10 | НЕВЛИЗИ С.п.А. | Method of eliminating wastes, particularly sludge, formed during waste water treatment |
-
2016
- 2016-07-19 RU RU2016129568A patent/RU2650936C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU361983A1 (en) * | 1970-06-02 | 1972-12-13 | METHOD OF BURNING DRAIN SEDIMENTATION | |
| SU994442A1 (en) * | 1981-08-17 | 1983-02-07 | Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды Академии коммунального хозяйства им.К.Д.Памфилова | Process for treating precipitates of effluents from textile production |
| JPH07167414A (en) * | 1993-11-09 | 1995-07-04 | Tokyo Gas Co Ltd | Sludge incinerating method |
| JP2002220580A (en) * | 2001-09-18 | 2002-08-09 | Sumiyoshi Kinzoku Kk | Controlling material for controlling emission of hydrogen chloride, chlorine or dioxins |
| RU2211192C1 (en) * | 2002-03-28 | 2003-08-27 | Соколов Виктор Дмитриевич | Method of processing dehydrated waste water sediments |
| RU2375634C2 (en) * | 2004-01-08 | 2009-12-10 | Фьюэл Тэк, Инк | Method of plume opacity coefficient reduction and combustion chamber performance optimisation |
| RU2559505C2 (en) * | 2009-09-28 | 2015-08-10 | НЕВЛИЗИ С.п.А. | Method of eliminating wastes, particularly sludge, formed during waste water treatment |
| CN103351094A (en) * | 2013-06-25 | 2013-10-16 | 天津大学 | Slagging resistance method for mixed burning of biomass and sludge |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11384304B2 (en) | Method and additive for controlling nitrogen oxide emissions | |
| Cheng et al. | Sulfur removal at high temperature during coal combustion in furnaces: a review | |
| US4824441A (en) | Method and composition for decreasing emissions of sulfur oxides and nitrogen oxides | |
| EP2891843B1 (en) | Method for combusting waste with a mineral additive | |
| RU2578685C2 (en) | Dry sorbent feed to dry cleaning scrubber under stationary conditions | |
| JPS6055722B2 (en) | Fluidized bed ashing method for aqueous combustible organic waste containing alkali metal chlorides and organic matter | |
| US10046273B1 (en) | Systems and method for removal of acid gas in a circulating dry scrubber | |
| US20050066860A1 (en) | Use of organic waste/mineral by-product mixtures in cement manufacturing processes | |
| US5002741A (en) | Method for SOX /NOX pollution control | |
| US10155227B2 (en) | Systems and method for removal of acid gas in a circulating dry scrubber | |
| Liu et al. | Co-firing of coal and biomass under pressurized oxy-fuel combustion mode in a 10 kWth fluidized bed: Nitrogen and sulfur pollutants | |
| ITMI20122007A1 (en) | METHOD TO CHECK THE EMISSION OF POLLUTING SUBSTANCES IN A GASEOUS EFFLUENT PRODUCED BY A COMBUSTION PROCESS | |
| JP2008012529A (en) | Exhaust gas purification agent and method for uptaking trace of harmful element | |
| RU2650936C1 (en) | Method for reducing the reduction of harmful combustion products into the environment by the combustion of the dried sludge | |
| WO2015144187A1 (en) | Method for removal of mercury from flue gases | |
| KR20190131500A (en) | Method for reducing corrosion of said heat exchanger in an incinerator comprising a heat exchanger | |
| JP2007325989A (en) | Treatment method and system of exhaust combustion gas | |
| JP4701847B2 (en) | Method for inhibiting formation of organochlorine compound and method for producing cement | |
| JP5070815B2 (en) | Exhaust gas treatment method | |
| KR100591143B1 (en) | Sewage sludge pellet and method for producing the same | |
| NL2025539B1 (en) | A method of scavenging alkali from flue gas. | |
| JP2846399B2 (en) | Desulfurization in boiler furnace and flue | |
| TWI484995B (en) | Dry processes, apparatus, compositions and systems for reducing sulfur oxides and hci | |
| RU2684088C1 (en) | Method of cleaning the flue gases of thermal devices from toxic compounds | |
| Williams et al. | Investigation of SO2, HCl and NOx control from waste incinerators using a novel additive in a pilot scale reactor |