теплоэнергетическая установка золотарева с инертным кипящим слоем для утилизации углеродосодержащего осадка сточных вод

Формула изобретения

Теплоэнергетическая установка с инертным кипящим слоем для утилизации углеродосодержащего осадка сточных вод, содержащая котельную установку, топку кипящего слоя и газомоторную электростанцию с трубопроводом выхлопных газов, отличающаяся тем, что установка содержит дутьевой вентилятор высокого давления со смесительной камерой свежего воздуха и горячих дымовых газов, к которой присоединен трубопровод выхлопных газов газомоторной электростанции, коробчатый воздухонагреватель, через который посредством указанного вентилятора горячая газовоздушная смесь поступает в топку кипящего слоя для сжигания над раскаленным инертным кипящим слоем мокрого углеродосодержащего осадка сточных вод, осадительную камеру, расположенную над топкой кипящего слоя с сечением, превышающим сечение указанной топки, и боковые карманы для приема золошлаковых отходов из осадительной камеры со шнековыми разгрузчиками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к установкам термического способа переработки углеродосодержащих отходов и может быть использовано при обезвреживании осадка сточных вод на станциях очистных сооружений городов.

Известна установка термической обработки углеродосодержащих отходов, включающая барабанную вращающуюся печь, в которой сгорают отходы (см. Б.Б.Бобович, В.В.Девяткин, «Переработка отходов производства и потребления», «Интернет Инжиниринг», 2000, с.222-223).

Недостатком данной установки является повышенный расход кондиционного газа при сжигании мокрых осадков сточных вод.

Известна также установка для сжигания углеродосодержащих отходов, предусматривающая псевдоожижение топлива за счет подвода дутьевого воздуха через сопловые трубки днища камеры сгорания и выгрузку золы с помощью автоматизированного шнекового разгрузчика (см. патент РФ № 2230982, 2001).

Недостатком этой установки при сжигании мокрого осадка сточных вод является необходимость предварительного прогрева дутьевого воздуха для обеспечения испарения влаги, а также неудовлетворительное решение вопроса удаления золошлаков при сохранении крупнозернистого слоя из инертного материала.

Задачей изобретения является создание высокоэффективной теплоэнергетической установки с предварительным прогревом дутьевого воздуха для обеспечения испарения влаги, с улавливанием золошлаков в топке кипящего слоя и с мокрой очисткой дымовых газов при утилизации углеродосодержащего осадка сточных вод с одновременной выработкой электрической и тепловой энергией.

Задача решается за счет того, что теплоэнергетическая установка с инертным кипящим слоем для утилизации углеродосодержащего осадка сточных вод содержит котельную установку, топку кипящего слоя и газомоторную электростанцию с трубопроводом выхлопных газов. Согласно изобретению установка содержит дутьевой вентилятор высокого давления со смесительной камерой свежего воздуха и горячих дымовых газов, к которой присоединен трубопровод выхлопных газов газомоторной электростанции, коробчатый воздухонагреватель, через который посредством указанного вентилятора горячая газовоздушная смесь поступает в топку кипящего слоя для сжигания над раскаленным инертным кипящим слоем мокрого углеродосодержащего осадка сточных вод, осадительную камеру, расположенную над топкой кипящего слоя, с сечением, превышающим сечение указанной топки, и боковые карманы для приема золошлаковых отходов из осадительной камеры со шнековыми разгрузчиками.

С помощью дутьевого вентилятора высокого давления горячая газовоздушная смесь через коробчатый воздухонагреватель поступает к сопловому днищу топки кипящего слоя котельной установки и прогревает кипящий слой инертного крупнозернистого материала.

При падении мокрого осадка сточных вод на раскаленную поверхность кипящего слоя вода мгновенно испаряется, а твердые частички интенсивно сгорают. Образующиеся золошлаковые отходы оседают в разгрузочных боковых карманах за счет увеличенного по сравнению с камерой кипящего слоя сечения осадительной камеры и удаляются из топки с помощью шнековых разгрузчиков. Несгоревшие мельчайшие частички топлива и несгоревшие горючие газы сгорают в камере дожигания. Горячие дымовые газы обтекают трубки водогрейного котла и после остывания очищаются в специальном аппарате очистки дымовых газов и утилизаторе тепла - гидрозолоуловителе, где их пропускают сквозь тонкий слой воды с растворенными в ней химическими реагентами, и в конечной стадии очищенные дымовые газы рассеиваются через дымовую трубу в атмосферу.

Такая конструктивная схема теплоэнергетической установки кипящего слоя позволяет эффективно сжигать мокрый осадок сточных вод, получить электрическую и тепловую энергию, обеспечить высокие экологические характеристики при эксплуатации.

Пример выполнения теплоэнергетической установки кипящего слоя для утилизации осадка сточных вод представлен на чертеже.

Теплоэнергетическая установка включает: работающую на биогазе газомоторную электростанцию 1, смесительную камеру выхлопных газов и свежего воздуха 2, дутьевой вентилятор высокого давления 3, коробчатый воздухонагреватель 4, топку кипящего слоя 5, осадительную камеру для улавливания золошлаков 6, разгрузочные шнеки для выгрузки золошлаков 7, камеру дожигания несгоревших твердых частиц и газов 8, водогрейный котел 9, гидрозолоуловитель для улавливания мельчайших частиц золы 10, дымосос 11 и дымовую трубу 12. Выхлопная труба газомоторной электростанции присоединена посредством газохода к смесительной камере. Одновременно с газоходом выхлопных газов к смесительной камере присоединен патрубок горячего свежего воздуха. Выходной патрубок дутьевого вентилятора присоединен посредством газохода через коробчатый воздухонагреватель к сопловому днищу топки кипящего слоя. По флангам топки кипящего слоя находятся разгрузочные траншеи золошлаков осадительной камеры, оборудованные шнековыми разгрузочными конвейерами для выгрузки золошлаков из топки.

Выше осадительной камеры устраивают камеру дожигания с тангенциальным подводом свежего воздуха. Над камерой дожигания монтируют водогрейный котел. Выходная дымоходная труба котла присоединена к гидрозолоуловителю, предназначенному для мокрой очистки дымовых газов от мельчайших частиц золы. Дымосос засасывает очищенные дымовые газы и направляет их в дымовую трубу для рассеивания очищенных дымовых газов в атмосфере.

Теплоэнергетическая установка с инертным кипящим слоем для утилизации углеродосодержащего осадка сточных вод работает следующим образом.

Включают газомоторную электростанцию, 1, которая работает на биогазе метантенков. Электрическая энергия, составляющая 50% мощности газомоторной электростанции, поступает во внешнюю электрическую сеть. Остальные 50% мощности газомоторной электростанции в виде выхлопных газов с температурой 500°С направляют в смесительную камеру 2 дутьевого вентилятора 3. С помощью дутьевого вентилятора горячие выхлопные газы под давлением через коробчатый воздухонагреватель 4 направляют в сопловое днище топки кипящего слоя 5. Горячие дымовые газы проходят сквозь слой инертного материала, зернистого кварцевого песка, и нагревают его до температуры вспышки углеродосодержащего осадка сточных вод.

После прогрева топки и инертного кипящего слоя до температуры вспышки осадка сточных вод открывают заслонку на патрубке горячего свежего воздуха, поступающего в дутьевой вентилятор высокого давления. В результате перемешивания в смесительной камере определенного количества свежего воздуха с содержанием кислорода 21% и обедненных кислородом выхлопных газов образуется газовоздушная смесь с содержанием кислорода, достаточным для горения осадка сточных вод.

Подачу углеродосодержащего осадка сточных вод в топку с инертным кипящим слоем производят с помощью металлического трубчатого виброжелоба, в торец которого подают горячий дутьевой воздух.

При падении твердых частиц мокрого осадка сточных вод на раскаленную кипящую поверхность инертного слоя вода мгновенно испаряется, а твердые частички осадка сточных вод интенсивно сгорают, частично отдавая тепло кипящему слою, и тем самым поддерживают его температуру в пределах 850-900°С (Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка котельных установок с угольным жидким топливом и утилизацией жидких углеродосодержащих отходов», фонд ООО фирма «РОСТ-Л», г.Люберцы, М.О., 2004 г., 99 л.). Дальнейший рост температуры кипящего слоя не происходит из-за присутствия в зоне горения воды и участия в горении обедненной кислородом газовоздушной смеси. При температуре, не превышающей 900°С, свободный азот воздуха не вступает в реакцию с кислородом воздуха и не происходит образования весьма вредных оксидов азота. В процессе горения осадка сточных вод образуются хлопья спекшихся золошлаков, которые всплывают над тяжелым инертным кипящим слоем и сливаются через сферические борта топки в боковые разгрузочные карманы. Кроме этого, более мелкие частички золы, которые выносятся дымовыми газами в зону осадительной камеры 6, благодаря увеличенному по сравнению с топочной камерой сечению осадительной камеры оседают в боковых траншеях при данной низкой скорости восходящего потока дымовых газов.

С помощью разгрузочных шнеков 7 остывающие золошлаки выгружаются из топки кипящего слоя в металлические контейнеры и в дальнейшем используются в качестве строительного материала при изготовлении тротуарной плитки или бордюрного камня.

Дымовые газы с остаточным содержанием не сгоревших в топке кипящего слоя частиц осадка сточных вод и горючих газов поднимаются вверх и сгорают в камере дожигания, 8, в которую тангенциально подают свежий воздух. После дожигания дымовые газы обтекают водогрейные трубки котла 9 и направляются в специальный аппарат - гидрозолоуловитель 10, для очистки от вредных примесей перед выбросом в атмосферу. В гидрозолоуловителе дымовые газы проходят сквозь тонкий слой воды с химическими реагентами, уровень которой поддерживается за счет постоянного слива в емкость с насосом возврата воды.

После мокрой очистки дымовые газы засасываются дымососом 11 и через дымовую трубу 12 очищенные дымовые газы рассеиваются в атмосфере.

Таким образом, теплоэнергетическая установка Золотарева с инертным кипящим слоем позволяет эффективно и экологически чисто утилизировать углеродосодержащий осадок сточных вод с одновременным получением электрической и тепловой энергии.