Спосіб спалювання стійких органічних забруднювачів

1. Спосіб спалювання стійких органічних забруднювачів, що включає попередню підготовку стійких органічних забруднювачів, їхнє змішування з повітрям, подачу суміші у піч та її спалювання в печі, пропускання газоподібних продуктів згоряння через теплообмінні апарати та газоочищення, який C2 2 (19) 1 3 До недоліків такого способу можна віднести складність та високу вартість здійснення, яка обумовлюється необхідністю подачі попередньо нагрітого повітря дуття двома роздільними потоками, використовуючи для підігрівання два теплообмінних апарати, а також додаткові витрати палива на допалювання продуктів згоряння. Крім того, такий спосіб характеризується неповним розкладом токсичних компонентів, що призводить до їхньої повторної регенерації, обумовлюючи низьку ефективність захисту навколишнього природного середовища. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, за технічною сутністю та результатом, який може бути одержаний при його використанні, є спосіб спалювання стійких органічних забруднювачів (Патент Російської Федерації №2249766, МПК7 F 23 G 5/00, опубл. 10.04.2005.), що включає попередню підготовку стійких органічних забруднювачів, їхнє змішування з попередньо нагрітим повітрям, подачу суміші "повітря - органічні забруднювачі", що утворилася, у піч, спалювання суміші "повітря - органічні забруднювачі" в печі, допалювання газоподібних продуктів згоряння в камері каталітичного допалювання, каталітичну обробку продуктів згоряння в камері декарбонізації вапнякового борошна, пропускання через теплообмінні апарати і газоочистку та викид очищених продуктів згоряння в атмосферу. Як теплообмінні апарати використовуються повітропідігрівник для попереднього нагрівання повітря, яке спеціальним нагнітачем подається на змішування з органічними забруднювачами, та теплообмінник у вигляді парового або водогрійного котла для нагрівання води або пари. При цьому попередньо нагріте повітря використовують, з одного боку, для утворення суміші "повітря - органічні забруднювачі", а з іншого боку, використовують як транспортувальний засіб для подачі в піч шляхом вдування суміші "повітря - органічні забруднювачі". До недоліків такого способу можна віднести складну схему його здійснення, яка для гарантованого знищення шкідливих речовин передбачає використання камери каталітичного допалювання та камери декарбонізації вапнякового борошна, а також використання дефіцитних і дорогих каталізаторів, які вимагають періодичної заміни, що, в свою чергу, призводить до зростання вартості здійснення способу за прототипом. Використання попередньо нагрітого повітря як транспортувального засобу для подачі суміші "повітря - органічні забруднювачі" у піч призводить до необхідності використання спеціальних високопродуктивних нагнітальних апаратів, які працюють при високих температурах, і спеціальне апаратне забезпечення, що також призводить до зростання вартості здійснення способу та ускладнення здійснення такого способу. Крім того, використання камери каталітичного допалювання і камери декарбонізації вапнякового борошна не дозволяє забезпечити повний і безпечний розклад стійких органічних забруднювачів з забезпеченням утилізації хімічного тепла, яке вноситься стійкими органічними забруднювачами. 87586 4 В основу винаходу, що заявляється, поставлено задачу створити такий спосіб спалювання стійких органічних забруднювачів, який за рахунок введення нової сукупності дій та послідовності їхнього виконання дозволить забезпечити досягнення технічного результату, що полягає у повному і безпечному розкладі стійких органічних забруднювачів шляхом спалювання з забезпеченням утилізації хімічного тепла, яке вноситься стійкими органічними забруднювачами, при економії первинного палива та захисті навколишнього природного середовища. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі спалювання стійких органічних забруднювачів, що включає попередню підготовку стійких органічних забруднювачів, їхнє змішування з повітрям, подачу суміші в піч та її спалювання в печі, пропускання газоподібних продуктів згоряння через теплообмінні апарати та газоочистку, згідно з винаходом, органічні забруднювачі змішують з повітрям безпосередньо в пальниковому пристрої печі, при цьому органічні забруднювачі в піч подають шляхом їхнього вдування стисненим повітрям у вигляді дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі", яка утворюється, а повітря і дисперсну суміш "повітря - органічні забруднювачі" подають у піч при їхньому масовому співвідношенні від 1:0,01 до 1:0,1, підтримуючи температуру факела газів, який виходить з пальникового пристрою печі, на рівні 1400 - 1650°С. В окремих випадках спосіб, що заявляється, характеризується тим, що: - стійкі органічні забруднювачі спалюють у факелі газів, який виходить з пальникового пристрою печі, при температурі 1400 - 1650°С протягом 7 8с; - дисперсну суміш "повітря - органічні забруднювачі" попередньо підігрівають шляхом її пропускання через теплообмінний апарат, наприклад, повітропідігрівник; - повітря для змішування з дисперсною сумішшю "повітря - органічні забруднювачі" попередньо підігрівають шляхом його пропускання через теплообмінний апарат, наприклад, повітропідігрівник; - як піч для спалювання стійких органічних забруднювачів використовують протиструминну піч, наприклад, барабанну оборотну протиструминну випалювальну цементну піч. Змішування попередньо підготовлених стійких органічних забруднювачів з повітрям безпосередньо в пальниковому пристрої печі, подача органічних забруднювачів у піч шляхом їхнього вдування стисненим повітрям у вигляді дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі", яка утворюється, а також подача повітря і дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" у піч при їхньому масовому співвідношенні від 1:0,01 до 1:0,1, підтримуючи температуру факела газів, що виходить з пальникового пристрою печі, на рівні 1400 1650°С дозволяє без використання додаткової каталітичної обробки забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у повному і безпечному розкладі токсичних компонентів стійких органічних забруднювачів з забезпеченням утилі 5 зації хімічного тепла, яке вноситься стійкими органічними забруднювачами, при економії первинного палива та захисті навколишнього природного середовища. При цьому спрощується апаратурнотехнологічна схема забезпечення способу спалювання стійких органічних забруднювачів, що заявляється, скорочуються енергетичні витрати на їхнє спалювання, а також знижуються витрати на виготовлення, монтаж та експлуатацію устаткування для здійснення способу, що заявляється, знижується рівень забруднення навколишнього природного середовища. За рахунок взаємодії стисненого повітря та попередньо підготовлених стійких органічних забруднювачів з утворенням дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі", а також завдяки подачі дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі", яка утворюється, шляхом її вдування в піч з використанням енергії стисненого повітря забезпечується можливість спалювання стійких органічних забруднювачів, які перебувають як у твердому, так та у рідкому стані. Змішування органічних забруднювачів, які подають у піч на спалювання у вигляді дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі", яка утворюється, з повітрям дуття безпосередньо в пальниковому пристрої печі дозволяє розділити та спростити спосіб підведення органічних забруднювачів і повітря дуття, а також підвищити ефективність спалювання при повному і безпечному розкладі токсичних компонентів, крім того, забезпечується економія первинного палива. Подача повітря та дисперсної суміші "повітря органічні забруднювачі" у піч при їхньому масовому співвідношенні від 1:0,01 до 1:0,1 та спалювання органічних забруднювачів у факелі газів, який виходить з пальникового пристрою печі, при температурі 1400 - 1650°С протягом 7 - 8с забезпечує повний та безпечний розклад токсичних компонентів стійких органічних забруднювачів при економії первинного палива та захисті навколишнього природного середовища. Таке спалювання протягом 7 - 8с забезпечується за рахунок збільшення довжини факела газів. Горіння органічної фази стійких органічних забруднювачів у факелі скорочує питомі витрати первинного палива на їхнє знищення, а також дозволяє використати дисперсну суміш "повітря - органічні забруднювачі" як вторинне паливо для опалення печі. Подача повітря та дисперсної суміші "повітря органічні забруднювачі" у піч при їхньому масовому співвідношенні меншому, ніж 1:0,01, є недоцільним, бо незначний вміст стійких органічних забруднювачів у дисперсній суміші "повітря органічні забруднювачі" не дозволяє використовувати таку суміш як додатковий компонент для горіння, що, в свою чергу, не забезпечує економію первинного палива (газ, мазут тощо). Подача повітря та дисперсної суміші "повітря органічні забруднювачі" у піч при їхньому масовому співвідношенні більшому, ніж 1:0,1, призводить до перезбагачення суміші стійкими органічними забруднювачами, і не забезпечує повне та безпечне їхнє знищення. Крім того, при такому співвідношенні в газах, що відходять з печі, зберігається 87586 6 підвищена концентрація стійких органічних забруднювачів, що призводить до забруднення навколишнього природного середовища. Спалювання органічних забруднювачів у факелі газів, який виходить з пальникового пристрою печі, при температурі, яка менше 1400°С, не забезпечує повного розкладу стійких органічних забруднювачів. Спалювання органічних забруднювачів у факелі газів, який виходить з пальникового пристрою печі, при температурі, яка вище 1650°С, призведе до перевитрат первинного палива та до забруднення навколишнього природного середовища підвищеним рівнем викидів. Крім того, підвищення температури призведе до підвищення теплових навантажень на піч, на допоміжне устаткування та до підвищення вимог до вибухобезпеки здійснення способу, що обумовить необхідність використання термостійких матеріалів з підвищеними вимогами до вибухобезпеки, а отже призведе до підвищення вартості здійснення способу, що заявляється. При перебуванні стійких органічних забруднювачів у факелі газів менше 7с при температурі 1400 - 1650°С не забезпечується повний та безпечний розклад токсичних компонентів стійких органічних забруднювачів, а також обумовлюється можливість повторної їхньої регенерації на наступних після спалювання операціях способу, що заявляється, а саме під час газоочищення. Перебування стійких органічних забруднювачів у факелі газів більше 8с при температурі 1400 1650°С призводить до необхідності збільшення зони печі з підвищеними тепловими навантаженнями та до збільшення розмірів печі для забезпечення такого перебування, а також обумовлює перевитрати первинного палива на забезпечення згоряння протягом такого часу. Попереднє підігрівання дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" перед подачею у пальниковий пристрій забезпечує подачу в піч підігрітої суміші для ефективного та найбільш повного її спалювання при економії первинного палива та захисті навколишнього природного середовища. Попереднє підігрівання сприяє найбільш ефективному та рівномірному розосередженню частинок стійких органічних забруднювачів у стисненому повітрі з утворенням підігрітої однорідної дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" та сприяє повному та безпечному її спалюванню. Попереднє підігрівання повітря для змішування з дисперсною сумішшю "повітря - органічні забруднювачі" перед подачею в пальниковий пристрій забезпечує подачу в піч підігрітого повітря дуття для ефективного перемішування безпосередньо в пальниковому пристрої нагрітого повітря та дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі", що сприяє найбільш повному та безпечному спалюванню стійких органічних забруднювачів при економії первинного палива та захисті навколишнього природного середовища. При цьому для підігрівання дисперсної суміші "повітря -органічні забруднювачі" і повітря дуття можуть бути використані як два окремих теплообмінних апарати, так і один теплообмінний апарат з роздільними контурами підігрівання. У такому теплообмінному апа 7 раті як теплоносій для підігрівання може бути використане, в залежності від особливостей здійснення способу, тепло газів, що відходять від печі. Підігрівання як дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі", так і повітря дуття шляхом пропускання через теплообмінний апарат, наприклад, у вигляді повітропідігрівника, який використовує як теплоносій тепло газів, що відходять від печі, забезпечує, зокрема, і утилізацію хімічного тепла, яке вноситься стійкими органічними забруднювачами, і охолодження газів, що відходять, перед газоочищенням. Використання протиструминної печі, наприклад барабанної оборотної протиструминної випалювальної цементної печі як печі для спалювання стійких органічних забруднювачів, дозволяє забезпечити повний та безпечний розклад стійких органічних забруднювачів шляхом спалювання з забезпеченням утилізації хімічного тепла, яке вноситься стійкими органічними забруднювачами, при економії первинного палива та захисті навколишнього природного середовища. Стійкі органічні забруднювачі використовуються для опалення барабанної оборотної протиструминної випалювальної цементної печі як вторинне паливо (додатковий компонент для горіння), що забезпечує створення підвищених температур з використанням хімічного тепла, яке вноситься стійкими органічними забруднювачами, для випалу, наприклад, цементного клінкера при економії первинного палива (газу, мазуту тощо) і захисті навколишнього природного середовища. Принципова технологічна схема здійснення способу, що заявляється, представлена на кресленнях: - Фіг.1 - технологічна схема процесу спалювання твердих стійких органічних забруднювачів; - Фіг.2 - технологічна схема процесу спалювання рідких стійких органічних забруднювачів; Спосіб, що заявляється, здійснюють у такий спосіб. Спочатку здійснюють попередню підготовку стійких органічних забруднювачів, які перебувають у твердому або рідкому стані, до спалювання. Потім здійснюють змішування попередньо підготовлених стійких органічних забруднювачів зі стисненим повітрям з утворенням дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі". Одночасно з утворенням дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" за допомогою енергії стисненого повітря здійснюють подачу дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" на підігрів у теплообмінний апарат, що використовує тепло газів, які відходять від печі, з наступним вдуванням нагрітої дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" у барабанну оборотну протиструминну випалювальну цементну піч, в якій здійснюють випал цементного клінкера за відомою технологією. Одночасно з вдуванням у піч нагрітої дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" здійснюють подачу в піч попередньо нагрітого в теплообмінному апараті, що використовує тепло газів, які відходять від печі, повітря дуття, забезпечуючи їхнє змішування безпосередньо в пальниковому пристрої печі. Нагріте повітря дуття та нагріту дисперсну суміш "повітря - органічні забруднювачі" 87586 8 подають у піч при їхньому масовому співвідношенні від 1:0,01 до 1:0,1. Після чого зазначену суміш спалюють у факелі газів, який виходить з пальникового пристрою печі, при температурі 1400 - 1650°С протягом 7 - 8с Далі продукти згоряння пропускають через теплообмінні апарати, наприклад, теплообмінник у вигляді котла-утилізатора для нагрівання води або пари, які подаються за призначенням, а також повітропідігрівник для нагрівання дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" та повітря дуття. Після чого здійснюють газоочищення продуктів згоряння та викид очищених газів в атмосферу. У конкретному прикладі спалювання твердих стійких органічних забруднювачів (СОЗ) здійснювали в такий спосіб (Фіг.1). Спочатку здійснювали попередню підготовку СОЗ, які перебували у твердому стані, шляхом їхнього здрібнювання до крупності частинок не більше 300мкм. Потім подрібнені частинки дозували та змішували зі стисненим повітрям. Після цього пилоповітряну дисперсну суміш "повітря - органічні забруднювачі", яка утворилася, пневмотранспортом за рахунок енергії стисненого повітря подавали на підігрів у теплообмінний апарат, що використовує тепло газів, які відходять від печі, з наступним вдуванням нагрітої пилоповітряної дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" у барабанну оборотну протиструминну випалювальну цементну піч, в якій здійснювали випал цементного клінкера за відомою технологією. Одночасно з вдуванням у піч нагрітої пилоповітряної дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" здійснювали подачу в піч повітря дуття, попередньо нагрітого в теплообмінному апарату, що використовує тепло газів, які відходять від печі, забезпечуючи їхнє змішування безпосередньо в пальниковому пристрої печі. Нагріте до температури 400°С повітря дуття та нагріту пилоповітряну дисперсну суміш "повітря - органічні забруднювачі" подавали в піч при їхньому масовому співвідношенні 1:0,015. Після чого зазначену суміш спалювали у факелі газів, який виходив з пальникового пристрою печі, при температурі 1600°С протягом 7с При цьому СОЗ використовували для опалення барабанної оборотної протиструминної випалювальної цементної печі як вторинне паливо (додатковий компонент для горіння), що забезпечувало створення підвищених температур для випалу цементного клінкера при економії первинного палива (газу, мазуту тощо). Далі продукти згоряння пропускали через теплообмінні апарати, наприклад, теплообмінник у вигляді котла-утилізатора для нагрівання води або пари, які подавали за призначенням, а також повітропідігрівник для нагрівання пилоповітряної дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" та повітря дуття. Після чого здійснювали газоочищення продуктів згоряння та викид очищених газів в атмосферу. У конкретному прикладі спалювання рідких СОЗ здійснювали в такий спосіб (Фіг.2). Спочатку здійснювали попередню підготовку СОЗ, які перебували у рідкому стані, шляхом їхнього дозування та розпилення з утворенням крапель розміром не більше 400мкм. Одночасно з розпиленням здійс 9 нювали змішування зі стисненим повітрям. Після цього крапельноповітряну дисперсну суміш "повітря - органічні забруднювачі", яка утворилася, пневмотранспортом за рахунок енергії стисненого повітря подавали на підігрів у теплообмінний апарат, що використовує тепло газів, які відходять від печі, з наступним вдуванням нагрітої крапельноповітряної дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" у барабанну оборотну протиструминну випалювальну цементну піч, в якій здійснювали випал цементного клінкера за відомою технологією. Одночасно з вдуванням у піч нагрітої крапельноповітряної дисперсної суміші "повітря органічні забруднювачі" здійснювали подачу в піч повітря дуття, попередньо нагрітого в теплообмінному апараті, що використовує тепло газів, які відходять від печі, забезпечуючи їхнє змішування безпосередньо в пальниковому пристрої печі. Нагріте до температури 300°С повітря дуття та нагріту крапельноповітряну дисперсну суміш "повітря органічні забруднювачі" подавали в піч при їхньому масовому співвідношенні 1:0,07. Після чого зазначену суміш спалювали у факелі газів, який виходив з пальникового пристрою печі, при температурі 1450°С протягом 8с. При цьому СОЗ використовували для опалення барабанної оборотної протиструминної випалювальної цементної печі як вторинне паливо (додатковий компонент для горіння), що забезпечує створення підвищених температур для випалу цементного клінкера при економії первинного палива (газу, мазуту тощо). Далі 87586 10 продукти згоряння пропускали через теплообмінні апарати, наприклад, теплообмінник у вигляді котла-утилізатора для нагрівання води або пари, які подавали за призначенням, а також повітропідігрівник для нагрівання крапельноповітряної дисперсної суміші "повітря - органічні забруднювачі" і повітря дуття. Після чого здійснювали газоочищення продуктів згоряння та викид очищених газів в атмосферу. У результаті здійснення способу, що заявляється, забезпечується повний розклад токсичних компонентів стійких органічних забруднювачів, а також виключається можливість повторної їхньої регенерації в газоходах та системі газоочищення після спалювання в печі. З огляду на викладене вище та з урахуванням розкритого причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю ознак винаходу, що заявляється, та технічним результатом, що досягається, можна стверджувати, що задача, поставлена в основу створення нового способу спалювання стійких органічних забруднювачів, вирішена повність, бо використання винаходу дозволяє забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у повному і безпечному розкладі стійких органічних забруднювачів шляхом спалювання з забезпеченням утилізації хімічного тепла, яке вноситься стійкими органічними забруднювачами, при економії первинного палива та захисті навколишнього природного середовища. 11 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 87586 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601