Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ САЖЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ САЖЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ САЖЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для термического обезвреживания отходящих газов сажевого производства, содержащих частицы сажи. Сущность изобретения: способ включает сжигание аксиального потока вспомогательного топлива с частью воздуха с получением потока высокотемпературных газов, подачу тангенциально потока смеси отходящих газов с другой частью воздуха. Вспомогательное топливо сжигают при коэффициенте расхода воздуха 1,5-2,0. Отходящие газы смешивают с другой частью воздуха при коэффициенте расхода воздуха 1,0-1,2. Отношение составляет 0,5-1,0. Рекомендуется предварительно подогревать воздух до 100-500°С. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2027107
Класс(ы) патента: F23G7/06
Номер заявки: 4939637/33
Дата подачи заявки: 28.05.1991
Дата публикации: 20.01.1995
Заявитель(и): Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода
Автор(ы): Суровикин В.Ф.; Рогов А.В.; Сажин Г.В.; Седельникова Л.Г.; Спектор А.М.
Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт технического углерода
Описание изобретения: Изобретение относится к способам термического обезвреживания отходящих газов сажевого производства, содержащих частицы сажи. Образующиеся в результате термического обезвреживания отходящих газов продукты горения могут быть использованы в качестве теплоносителя для сушки влажных гранул сажи в сушильных барабанах, для подогрева сырья технологического воздуха и в других целях.
Известен способ термического обезвреживания отходящих газов сажевого производства, включающий сжигание аксиального потока вспомогательного топлива с частью воздуха, тангенциальную подачу смеси отходящих газов с другой частью воздуха, смешение аксиального потока продуктов горения вспомогательного топлива и тангенциального потока смеси отходящих газов и воздуха, воспламенение и горение горючих компонентов отходящих газов [1].
Недостаток известного способа - недостаточная полнота выгорания частиц сажи, содержащихся в отходящих газах сажевого производства.
Известен способ термического обезвреживания отходящих газов сажевого производства, включающий сжигание аксиального потока вспомогательного топлива с частью воздуха (V1) с получением потока высокотемпературных газов, подачу тангенциальным потоком смеси отходящих газов с другой частью воздуха (V2), смешение данных потоков и сжигание горючих компонентов отходящих газов [2].
Недостаток известного способа - недостаточная полнота выгорания частиц сажи, содержащихся в отходящих газах. Для повышения эффективности сжигания в известном способе в реакционную смесь подают дополнительный поток окислителя. Однако и при этом наблюдаются недожог частиц сажи и выбросы вредных веществ в атмосферу, особенно при резком повышении концентрации сажи в отходящих газах на нестабильных, переходных режимах.
Цель изобретения - защита окружающей среды.
Способ термического обезвреживания отходящих газов сажевого производства включает сжигание аксиального потока вспомогательного топлива с частью воздуха V1 с получением потока высокотемпературных газов, подачу тангенциально потока смеси отходящих газов с другой частью воздуха V2. Вспомогательное топливо сжигают при коэффициенте расхода воздуха α1 = 1,5-2,0. Отходящие газы смешивают с другой частью воздуха при коэффициенте расхода воздуха α2 =1,0-1,2, и отношение V1:V2составляет 0,5-1,0.
В способе термического обезвреживания отходящих газов сажевого производства при величинах коэффициента расхода воздуха α1 =1,5-2,0 концентрация свободного кислорода в продуктах горения вспомогательного топлива существенно повышается и составляет 7,0-10,5 об.%. В результате этого продукты горения вспомогательного топлива представляют собой поток высокотемпературного окислителя. Наряду со стабилизацией воспламенения и горения смеси отходящих газов с другой частью воздуха этот поток обеспечивает гарантированное дожигание частиц сажи, в том числе при резких изменениях ее концентрации в отходящих газах.
При величинах коэффициента расхода воздуха меньше 1,5 вследствие уменьшения концентрации кислорода в продуктах горения вспомогательного топлива возможен проскок несгоревшей сажи. При увеличении больше 2,0 снижается температура потока продуктов горения вспомогательного топлива, что приводит к нестабильности горения отходящих газов.
При осуществлении способа наиболее целесообразным является смешение отходящих газов с другой частью воздуха при коэффициенте расхода воздуха α2 = 1,0-1,2, т.е. при условиях, максимально приближенных к стехиометрическим. При этом в периферийном слое тангенциального потока смеси отходящих газов с воздухом, в котором сепарируются крупные несгоревшие частицы сажи, поддерживается максимальная температура горения, что приводит к ускорению окислительных реакций и термическому обезвреживанию отходящих газов. Уменьшение α2 ниже 1,0, и его увеличение выше 1,2 нежелательно, т.к. при этом снижается температура горения и, соответственно, скорость окислительных реакций.
Величина отношения V1: V2 характеризует объемное соотношение потоков продуктов горения вспомогательного топлива и продуктов горения смеси отходящих газов с другой частью воздуха. Увеличение по сравнению с прототипом величины отношения V1:V2 в совокупности с новыми пределами величин α1 и α2 обеспечивает необходимое количество высокотемпературного окислителя, при смешении с которым достигается эффективное дожигание сажевых частиц при их высокой концентрации в отходящих газах.
При величине отношения V1:V2 меньше 0,5 смешение потоков ухудшается и, вследствие неравномерности распределения избыточного кислорода, не обеспечивается полнота дожигания сажевых частиц. Увеличение отношения V1:V2 более 1,0 нецелесообразно, т.к. при этом сильно возрастают затраты на вспомогательное топливо.
Другое отличие способа состоит в том, что воздух предварительно подогревают до 100-500оС. Благодаря этому температура продуктов горения вспомогательного топлива повышается примерно на величину предварительного подогрева воздуха и поддерживается на уровне выше необходимой для первоначального воспламенения смеси отходящего газа с воздухом при величинах коэффициента расхода воздуха α1 значительно более высоких по сравнению с известным способом.
При температуре подогрева воздуха ниже 100оС и при максимальной величине α1 = 2,0 результирующая температура продуктов горения вспомогательного топлива недостаточна для воспламенения смеси отходящих газов с воздухом, что приводит к нестабильности горения и снижению степени выгорания сажевых частиц.
При температуре подогрева воздуха выше 500оС и при минимальной величине коэффициента расхода воздуха α1 = 1,5 результирующая температура продуктов горения вспомогательного топлива превышает 1700оС. Пропорционально температуре увеличивается скорость реакции образования окислов азота и их содержание в продуктах горения может превысить предельно допустимую концентрацию.
На фиг. 1 схематически представлен реактор для осуществления способа термического обезвреживания отходящих газов сажевого производства, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Реактор включает соосно и последовательно установленные камеру 1 для сжигания вспомогательного топлива с аксиальной горелкой 2 и выходным соплом 3, камеру 4 горения отходящих газов с двумя тангенциальными патрубками 5 подачи смеси отходящих газов с воздухом, кольцевую перегородку 6 и камеру 7 дожигания горючих компонентов отходящих газов. Тангенциальные патрубки 5 снабжены смесителями 8 с патрубками 9 для подачи воздуха и патрубками 10 для подачи отходящих газов. Рабочие камеры реактора сформированы футеровкой 11, выполненной из огнеупорных изделий внутри корпуса 12.
Реактор работает следующим образом. В камеру 1 через горелку 2 подают вспомогательное топливо с частью V1 используемого в процессе воздуха при коэффициенте его расхода α1 = 1,5-2,0. Топливо сгорает с образованием высокотемпературного потока продуктов горения, который через выходное сопло 3 поступает в камеру 4 горения отходящих газов. Отходящие газы сажевого производства, содержащие частицы сажи, через патрубки 10 подают в смесители 8, в которых они смешиваются с другой частью V2 используемого в процессе воздуха, подаваемого через патрубки 9, при коэффициенте расхода α2 = 1,0-1,2. Отношение расходов воздуха на сжигание вспомогательного топлива и на смешивание с отходящими газами (V1:V2) составляет от 0,5 до 1,0.
Смесь отходящих газов с воздухом через тангенциальные патрубки 5 подается в камеру 4 горения, нагревается за счет теплоотдачи от стенок футеровки и от аксиального потока продуктов горения вспомогательного топлива, затем происходит воспламенение смеси и ее горение. За счет центробежных сил сажевые частицы из отходящих газов концентрируются у периферии камеры горения, и время их пребывания в камере горения значительно превышает время пребывания газообразных компонентов отходящих газов. По мере выгорания размер сажевых частиц уменьшается. Часть мелких, несгоревших частиц сажи захватывается потоком продуктов горения и через кольцевую перегородку 6 поступает в камеру дожигания 7. В кольцевой перегородке 6 происходит интенсивное смешение продуктов горения отходящих газов с аксиальным потоком высокотемпературных газов горения вспомогательного топлива, содержащих 7-10 об. % кислорода. Благодаря этому в камере 7 происходит полное дожигание горючих компонентов отходящих газов и гарантируется полное сгорание сажевых частиц при изменениях их концентрации в отходящих газах. Продукты полного горения из реактора для термического обезвреживания отходящих газов выводятся в атмосферу.
П р и м е р 1. В аксиальную горелку подают воздух в количестве 4300 нм3/ч и вспомогательное топливо (дизельное топливо) в количестве от 190 до 290 кг/ч. При этом коэффициент расхода воздуха α1 варьируется в диапазоне от 1,4 до 2,1. Температура продуктов горения вспомогательного топлива при этом изменяется от 1350 до 1770оС и концентрация свободного кислорода в продуктах горения - от 6,0 до 11,0 об.%.
Отходящие газы сажевого производства в количестве 12000 нм3/ч смешивают с воздухом в количестве 7200 нм3/ч (коэффициент расхода воздуха α2 = 1,0) и подают в тангенциальную камеру горения. Температура отходящих газов - 200оС. Отходящие газы сажевого производства получены в условиях переходного режима с увеличенной в 2-2,5 раза по сравнению со стационарным режимом концентрацией сажи в газах - 24 г/нм3.
В опытах поддерживали постоянным и равным 0,6 отношение расхода воздуха на сжигание вспомогательного топлива к расходу воздуха на смешивание с отходящими газами (V1:V2).
Результаты опытов по способу термического обезвреживания отходящих газов по сравнению с прототипом приведены в табл.1. В опытах 2-4 при величинах коэффициента расхода воздуха α1 = 1,5-2,0 степень выгорания сажевых частиц увеличилась с 64% до 88-98%. Следует отметить, что этот результат достигнут благодаря совокупности отличительных признаков: более высокого коэффициента расхода воздуха α1, предварительного подогрева воздуха и более высокой величины отношения V1:V2 по сравнению с прототипом.
При величине коэффициента расхода воздуха α1 меньше 1,5 (опыт 1) вследствие роста температуры продуктов горения вспомогательного топлива резко увеличивается содержание в них окислов азота.
При величине коэффициента расхода воздуха α1 больше 2,0 (опыт 5) происходит значительное снижение температуры продуктов горения вспомогательного топлива, в результате чего снижается скорость реакций окисления и, соответственно, уменьшается степень выгорания сажевых частиц и происходит их выброс в атмосферу.
П р и м е р 2. Опыты проведены при условиях, аналогичных условиям опыта 3 в примере 1. В опытах изменяли расход воздуха на смешение с отходящими газами V2 в пределах от 6500 до 8640 нм3/ч. При этом величина коэффициента расхода воздуха α2 варьировалась от 0,9 до 1,2. Результаты опытов приведены в табл.2.
Благодаря использованию предварительно подогретого воздуха температура горения отходящих газов с воздухом при величинах коэффициента расхода воздуха α2 = 1,0-1,2 (опыты 7-9) значительно выше, чем в опыте по прототипу. При этом увеличивается скорость реакций окисления горючих компонентов отходящих газов и степень выгорания сажевых частиц достигает 82-98%.
При величине коэффициента расхода воздуха α2 меньше 1,0 (опыт 6) из-за недостатка кислорода в тангенциальной камере горения снижается температура горения и уменьшается степень выгорания сажевых частиц. Увеличение α2 выше 1,2 нецелесообразно, т.к. при этом также начинает снижаться температура горения отходящих газов с воздухом и растут энергетические затраты на подачу воздуха.
П р и м е р 3. Опыты проведены при условиях, аналогичных условиям опыта 3 в примере 1. В опытах поддерживали постоянным расход воздуха на смешение с отходящими газами V2. Расход воздуха на сжигание вспомогательного топлива V1 изменяли в пределах от 2900 до 7900 нм3/ч. При этом величину отношения варьировали в диапазоне от 0,4 до 1,1. Величину коэффициента расхода воздуха α1 поддерживали постоянным путем изменения расхода вспомогательного топлива. Результаты опытов приведены в табл.3.
При величинах отношения V1:V2 в пределах от 0,5 до 1,0 (опыты 11-13) степень выгорания сажевых частиц составляет 92-99%.
При величине отношения V1:V2 меньше 0,5 (опыт 10) начинает снижаться степень выгорания сажевых частиц, что приводит к их выбросу в атмосферу.
При величине отношения V1:V2=1,0 обеспечивается полное выгорание горючих компонентов отходящих газов и дальнейшее его увеличение (опыт 14) ведет к росту затрат на воздух и вспомогательное топливо.
П р и м е р 4. Опыты проведены при условиях, аналогичных условиям опыта 3 в примере 1. В опытах изменяли температуру предварительного подогрева воздуха в диапазоне от 80 до 550оС.
При температуре подогрева воздуха 100-500оС (опыты 16-18)(табл. 4)обеспечивается высокая степень выгорания сажевых частиц и отсутствие вредных выбросов в атмосферу. При температуре подогрева воздуха ниже 100оС (опыт 15) снижается температура продуктов горения вспомогательного топлива и, соответственно, степень выгорания сажевых частиц. При подогреве воздуха выше 500оС вследствие роста температуры продуктов горения вспомогательного топлива увеличивается концентрация окислов азота в продуктах горения.
Использование изобретения в промышленности позволит интенсифицировать процесс сжигания отходящих газов сажевого производства, значительно сократить химический недожог частиц сажи при их высокой концентрации в отходящих газах и уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу.
Формула изобретения: 1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ САЖЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА путем сжигания аксиального потока топлива с частью воздуха (V1) с получением потока высокотемпературных газов и подачи тангенциально потока смеси отходящих газов с другой частью воздуха (V2), отличающийся тем, что, с целью защиты окружающей среды, топливо сжигают при коэффициенте расхода воздуха 1,5 - 2,0, отходящие газы смешивают с другой частью воздуха при коэффициенте расхода последнего 1 - 1,2, а отношение V1 : V2 = 0,5 - 1,0.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух предварительно подогревают до 100 - 500oС.