Способ термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ

Авторы патента:

Новиков Илья Николаевич (RU)

Фёдорова Мария Александровна (RU)

Богданов Василий Иванович (RU)

F23G7/06 - газообразных отходов или вредных газов, например выхлопных (выпускные приспособления для машин, двигателей вообще или двигателей внутреннего сгорания F01N; сжигание остатков твердых или текучих топлив, не сгоревших при первичном сжигании F23B 5/00,F23C 9/00)

F23G5/16 - в отдельной камере сгорания

Владельцы патента RU 2654664:

Общество с ограниченной ответственностью "Новая энергия" (RU)

Изобретение относится к области термической переработки и утилизации веществ, содержащих углеводородные компоненты, и может найти применение в установках термического уничтожения твердых отходов, в печах и газогенераторах, в устройствах, использующих сжигание и утилизацию энергии низкокалорийного газа, доменного газа, синтез газа, парогазовой смеси и пылевидного топлива. Способ термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ осуществляется путем сжигания низко потенциального газообразного топлива, с последующей утилизацией энергии продуктов сгорания в турбине и теплообменном аппарате, при давлении газа и воздуха ниже атмосферного во всех элементах проточной части. Так, способ включает газификацию топлива посредством устройства для газификации, с последующим сжиганием полученной парогазовой смеси в камере сгорания, с получением продуктов сгорания, поступающих в турбину для преобразования энергии продуктов сгорания в механическую энергию, и дальнейшим преобразованием в электрическую энергию, при этом, оставшаяся часть тепловой энергии из турбины поступает в теплообменный аппарат для нагрева воздуха, поступающего в камеру сгорания. Причём, способ осуществляют при давлении в газовом тракте ниже атмосферного, при этом продукты сгорания удаляются в атмосферу посредством компрессора, устанавливаемого после теплообменного аппарата. Также часть воздуха из теплообменного аппарата поступает в устройство для газификации в качестве газифицирующего агента. Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является разработка способа термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ, позволяющего повысить экологическую безопасность и эффективность реализации способа, за счет осуществления способа при низком атмосферном давлении в проточной части устройства. 1 ил., 1 табл.

Способ термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ осуществляется путем сжигания низко потенциального газообразного топлива, с последующей утилизацией энергии продуктов сгорания в турбине и теплообменном аппарате, при давлении газа и воздуха ниже атмосферного во всех элементах проточной части.

Известен способ обработки отходов (патент РФ №2561793 С2, кл. F02C 3/28, опубликовано 27.06.2015), содержащий газификацию отходов, получение сжатого воздуха в компрессоре, сжигание получаемого газа в камере сгорания, утилизацию энергии продуктов сгорания в турбине и утилизацию теплоты продуктов сгорания за турбиной в теплообменном аппарате.

Известен способ сжигания и утилизации энергии низко потенциальных газов, выбранный в качестве прототипа (каталог энергетического оборудования, «Газопоршневые энергетические установки», 2009 г., рис 22-25, стр. 386), включающий газификацию топлива посредством устройства для газификации, с последующим сжиганием полученной парогазовой смеси в камере сгорания с получением продуктов сгорания, поступающих в турбину для преобразования энергии продуктов сгорания в механическую энергию и дальнейшим преобразованием в электрическую энергию, при этом оставшаяся часть тепловой энергии из турбины поступает в теплообменный аппарат для нагрева воздуха, поступающего в камеру сгорания.

Недостатками известных способов являются низкая экологическая безопасность и низкая эффективность реализации способа.

Низкая экологическая безопасность связана с возможными утечками вредных выбросов в атмосферу через стыковые соединения проточной части.

Низкая эффективность реализации способа связана с необходимостью иметь давление топлива и воздуха на входе в камеру сгорания и соответственно давление продуктов сгорания на входе в турбину значительно выше атмосферного, что достигается наличием компрессора для сжатия воздуха и нагнетателя топлива на входе в камеру сгорания. Кроме того, сжатие горячего топлива, получаемого в процессе газификации, требует дополнительного его охлаждения и очистки. Необходимость проведения этих стадий подготовки топливовоздушной смеси на входе в камеру сгорания значительно снижает эффективность реализации способов. Использование предлагаемого способа термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ, при котором все стадии процесса проходят при давлении ниже атмосферного, позволяет исключить необходимость проведения вышеописанных стадий подготовки и повысить эффективность реализации способа.

Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является разработка способа термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ, позволяющего повысить экологическую безопасность и эффективность реализации способа, за счет осуществления способа при низком атмосферном давлении в проточной части устройства.

Технический результат в заявленном способе достигается тем, что способ термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ, включающий газификацию топлива посредством устройства для газификации, с последующим сжиганием полученной парогазовой смеси в камере сгорания с получением продуктов сгорания, поступающих в турбину для преобразования энергии продуктов сгорания в механическую энергию и дальнейшим преобразованием в электрическую энергию, при этом оставшаяся часть тепловой энергии из турбины поступает в теплообменный аппарат для нагрева воздуха, поступающего в камеру сгорания.

Новым в способе является то, что способ осуществляют при давлении в газовом тракте ниже атмосферного и удалении продуктов сгорания в атмосферу посредством компрессора, устанавливаемого после теплообменного аппарата, при этом часть воздуха из теплообменного аппарата поступает в устройство для газификации в качестве газифицирующего агента.

На прилагаемом чертеже изображена технологическая схема способа термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ.

Устройство для термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ содержит устройство для газификации 1, камеру сгорания 2, турбину 3, теплообменный аппарат 4, компрессор 5.

Способ осуществления термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ.

Электродвигатель осуществляет рабочий процесс компрессора 5, при котором давление рабочего тела во всех элементах проточной части устройства поддерживают ниже атмосферного, повышая по мере удаления от входа в компрессор 5.

Рабочее тело, например парогазовую смесь, синтез-газ или другой вид газа, или пылевидное топливо подают из устройства для газификации 1 в камеру сгорания 2.

В качестве окислителя в камеру сгорания 2 подают атмосферный воздух, предварительно нагретый в секции теплообменного аппарата 4.

Давление на выходе из камеры сгорания 2 поддерживают ниже давления газа и воздуха, которые подают на сжигание.

В камере сгорания 2 осуществляют процесс сжигания сформированной топливовоздушной смеси с получением на выходе высокотемпературного скоростного потока газообразных продуктов сгорания.

Использование в качестве камеры сгорания 2 камеры сгорания вихревого противоточного типа позволяет интенсифицировать рабочие процессы смесеобразования, горения и разбавления, снизить синтез NO_x, концентрацию СО и C_xH_y. При необходимости, в камеру сгорания подают химические реагенты, связывающие вредные компоненты в продуктах сгорания.

Сформированные продукты сгорания в камере сгорания 2 разделяют на газообразные и твердые компоненты, движущиеся в противоположном направлении, с осаждением твердых компонентов в нижней части камеры сгорания 2 и выходом газообразных компонентов из верхней части камеры сгорания 2 и входом в турбину 3.

Давление продуктов сгорания за турбиной 3 с помощью компрессора 5 формируют значительно ниже, чем на входе, то есть обеспечивают перепад давления на турбине равным π_T*=3-5.

Турбина 3 преобразует энергию продуктов сгорания в механическую энергию, а затем в электрическую в электрогенераторе.

Из турбины 3 продукты сгорания подают в теплообменный аппарат 4, где осуществляют утилизацию теплоты путем ее передачи от продуктов сгорания к воздуху, подаваемому из атмосферы.

Из секции теплообменного аппарата 4 одну часть нагретого воздуха подают в камеру сгорания 2 на интенсификацию процессов смесеобразования и горения, а другую часть нагретого воздуха подают в устройство для газификации 1 для интенсификации процессов газификации твердых веществ. Пример реализации способа.

Результаты расчета основных параметров в точках проточной части устройства, реализующего предлагаемый способ, представлены в таблице.

Влажность отходов 25%

Таким образом, представленные результаты в таблице подтверждают работоспособность предлагаемого способа, позволяющего повысить экологическую безопасность и эффективность процесса сжигания.

Способ термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ, включающий газификацию топлива посредством устройства для газификации, с последующим сжиганием полученной парогазовой смеси в камере сгорания с получением продуктов сгорания, поступающих в турбину для преобразования энергии продуктов сгорания в механическую энергию и дальнейшим преобразованием в электрическую энергию, при этом оставшаяся часть тепловой энергии из турбины поступает в теплообменный аппарат для нагрева воздуха, поступающего в камеру сгорания, отличающийся тем, что способ осуществляют при давлении в газовом тракте ниже атмосферного и удалении продуктов сгорания в атмосферу посредством компрессора, устанавливаемого после теплообменного аппарата, при этом часть воздуха из теплообменного аппарата поступает в устройство для газификации в качестве газифицирующего агента.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для совместной выработки тепловой и электрической энергии. Силовая установка с активным котлом-утилизатором высокотемпературного кипящего слоя состоит из котлоагрегата с топкой высокотемпературного кипящего слоя, включающего механическое топочное устройство с наклонной к горизонту подвижной колосниковой решеткой, поверхностей нагрева, дутьевых зон первичного и вторичного воздуха, питателя топлива, эжектора возврата уноса.

Совмещенный факельный оголовок // 2643565

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено в газовой промышленности для сжигания попутных и продувочных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения.

Способ термической переработки бытовых и промышленных отходов и устройство для его осуществления // 2616630

Изобретения относятся к области пиролизной утилизации бытовых и промышленных отходов. Утилизированные бытовые и промышленные отходы направляют винтовым конвейером из бункера-накопителя в металлическую жаропрочную трубу корпуса мобильной пиролизной камеры, где винтовым конвейером перемещаются вдоль пиролизной камеры с разогревом и поддержанием температуры пиролиза в интервале 800-900°C.

Оголовок факельной трубы // 2604245

Изобретение относится к устройствам для сжигания аварийных, постоянных и периодических выбросов горючего газа и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.

Факельная установка для сжигания сжиженных углеводородных газов // 2594905

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжигания сжиженных углеводородных газов с целью их утилизации. Техническим результатом является повышение эффективности и полноты процесса сжигания сжиженных углеводородных газов.

Факельная установка для сжигания сбросных газов // 2594901

Изобретение относится к факелам для сжигания газа и предназначено для применения в нефтяной газовой и газохимической отрасли промышленности. Техническим результатом является полный отказ от применения заторного газа при сжигании сбросных газов.

Факельная установка для сжигания сбросных газов // 2592294

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжигания сбросных газов с целью их утилизации. Техническим результатом является повышение эффективности и полноты процесса сжигания сбросных газов.

Комбинированная горелка // 2587813

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для совместного сжигания газовых и жидкостных сбросов. Комбинированная горелка содержит, как минимум, полый цилиндрический корпус, соединенный с трубопроводом подачи газовых сбросов, трубу, соосно установленную внутри корпуса и соединяющую трубопровод подачи жидкостных сбросов с пневматической форсункой, установленной в выходной части корпуса и состоящей из полого наконечника для подачи жидкостных сбросов, патрубка, выполненного глухим со стороны его выходной части и охватывающего с зазором наконечник, при этом канал наконечника выполнен закрытым со стороны его выходной части, а на его наружной поверхности выполнены пилоны, взаимодействующие с внутренней поверхностью патрубка и центрирующие наконечник относительно патрубка, причем на торце наконечника выполнены отверстия, расположенные под углом к оси пневматической форсунки, при этом выходной участок внутренней поверхности патрубка выполнен эквидистантно наружной поверхности наконечника, а на торце патрубка выполнены отверстия, расположенные соосно относительно отверстий, выполненных на торце наконечника, несколько трубок, установленных снаружи корпуса с одинаковым угловым шагом и соединенных с внутренней полостью корпуса, при этом на концах трубок установлены форсунки.

Факельный оголовок // 2587797

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжигания сбросных газов с целью их утилизации. Факельный оголовок содержит газоподводящий патрубок, установленный на входе в смеситель, представляющий собой полую обечайку с профилированным входом и выходом, при этом на смесителе закреплены два кольцевых коллектора, расположенных на одной оси и соединенных между собой с помощью пневматических форсунок, расположенных равномерно по окружности, причем один коллектор соединен с системой подачи сбросного газа, а другой коллектор соединен с системой подачи воды, в варианте исполнения пневматические форсунки расположены под углом к оси смесителя.

Комбинированное горелочное устройство // 2585341

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для совместного сжигания газовых и жидкостных сбросов. Комбинированное горелочное устройство характеризуется тем, что содержит обечайку с профилированным входом и выходом, установленную на раме, дежурную горелку, расположенную внутри обечайки, горелку, расположенную на оси обечайки и представляющую собой полый цилиндрический корпус, соединенный с трубопроводом подачи газовых сбросов, трубу, соосно установленную внутри корпуса и соединяющую трубопровод подачи жидкостных сбросов с пневматической форсункой, установленной в выходной части корпуса и состоящей из полого наконечника для подачи жидкостных сбросов, патрубка, выполненного глухим со стороны его выходной части и охватывающего с зазором наконечник, при этом канал наконечника выполнен закрытым со стороны его выходной части, а на его наружной поверхности выполнены пилоны, взаимодействующие с внутренней поверхностью патрубка и центрирующие наконечник относительной патрубка, причем на торце наконечника выполнены отверстия, расположенные под углом к оси пневматической форсунки, при этом выходной участок внутренней поверхности патрубка выполнен эквидистантно наружной поверхности наконечника, а на торце патрубка выполнены отверстия, расположенные соосно относительно отверстий, выполненных на торце наконечника, несколько трубок, установленных снаружи корпуса с одинаковым угловым шагом и соединенных с внутренней полостью корпуса, при этом на концах трубок установлены форсунки.

Камера сгорания, способ сжигания, устройство производства электроэнергии и способ производства электроэнергии на таком устройстве // 2561636

Изобретение относится к камере сгорания и способу сжигания, а также к устройству и способу производства электрической энергии. Техническим результатом является повышение эффективности работы камеры сгорания, при которой возможна дополнительная подача продуктов сгорания, содержащих твердые компоненты, которые затем используют в устройстве производства электроэнергии.

Способ плазмотермической переработки твердых отходов и устройство для его осуществления // 2483248

Изобретение относится к области переработки твердых отходов, и может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической промышленности, а также в коммунальном хозяйстве.

Способ подачи газа для сжигания, а также топочная установка // 2422723

Изобретение относится к области энергетики, в частности к сжиганию топлива. .

Установка для высокотемпературного уничтожения отходов // 2352861

Изобретение относится к области уничтожения отходов. .

Установка термического уничтожения медицинских и бытовых отходов // 2344346

Изобретение относится к области утилизации отходов и может быть использовано в коммунальном хозяйстве для уничтожения бытовых отходов, в том числе отходов медицинских учреждений.

Устройство для сжигания отходов // 2338958

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам для сжигания твердых бытовых и промышленных отходов. .

Устройство для сжигания крупномерных бытовых отходов // 2322640

Изобретение относится к области ликвидации бытовых отходов. .

Способ обработки твердых бытовых отходов // 2254518

Изобретение относится к технологии комплексной переработки твердых бытовых отходов (ТБО) путем пиролиза с последующей утилизацией энергии пиролизных газов. .

Установка для сжигания твердых бытовых и других органических отходов с углем // 2226649

Изобретение относится к области теплоэнергетики с использованием нетрадиционных видов топлива - органических отходов промышленности и жизнедеятельности человека, например твердых бытовых отходов, отходов древесины, лигнина, пластмасс, целлюлозы, автопокрышек и др.

Инсинератор // 2196935

Изобретение относится к области утилизации отходов, в частности отходов, содержащих органические соединения, и может быть использовано в коммунальном хозяйстве для уничтожения термической обработкой бытовых отходов, в том числе отходов медицинских учреждений.