7.1. Установки термообезвреживания газовых выбросов

Газы сжигают на установках с открытым факелом или в пе­чах различных конструкций. Прямое сжигание осуществляют при 700…800°С с использованием газообразного или жидкого топлива. Для сжигания необходим избыток кислорода на 10…15% больше стехиометрического количества. Если теплоты сго­рания углеводородов достаточно, чтобы теплота реакции превы­шала 1,9 МДж/м³, газы также сжигают в факеле. Чтобы пламя факела было некоптящим, добавляют воду в виде пара. В этом случае происходит реакция водяного пара с углеводородами, сопровождаемая образованием водорода и оксида углерода. Количество пара в зависимости от концентрации углеводородов колеблется от 0,05 до 0,33 кг/кг.

Если концентрация горючих газов мала и выделяющегося тепла недостаточно для реакции сгорания, то газы предвари­тельно подогревают. На рис. 7.1…7.3 показаны различные схемы факельных установок. Уста­новка, представленная на рис.7.1, работает при избыточном давлении 0,15 МПа.

Рис. 7.1. Установка для факельного сжигания газообразных отходов:

1 – гидрозатвор; 2 – огнепреградитель; 3 – основная горелка; 4 – дежурная горелка; 5 – система зажигания дежурной горелки

На рис. 7.2 показана установка для факельного сжига­ния газов, смонтированная на тех­нологическом аппарате, на рис. 7.3 — установка для сжигания газов, содержащих ацетилен. Горение таких газов сопровождается образованием значитель­ного количества технического углерода, поэтому предусмотрена подача пара в газовый поток. Для поджигания основной горел­ки во всех установках предусмотрена дежурная горелка, рабо­тающая на природном газе.

Рис. 7.2. Установка для факельного сжигания газообразных отходов, смонтированная на реакторе:

1 – реактор; 2 – эжекционный смеситель; 3 – электрозапал; 4 – дежурная горелка; 5 – основная горелка; 6 – насадка-огнепреградитель.

Рис. 7.3. Установка для факельного сжигания газов, содержащих ацетилен:

1 – факельная горелка; 2 – труба; 3 – разрывные мембраны; 4 – огнепреградитель; 5 – инжекционный смеситель с электрозапалом; 6 – система зажигания дежурной горелки.

Термоокислительное обезвреживание концентрированных газов проводится в установках, которые обычно состоят из топочных и горелочных устройств с дымоходами для отвода продуктов сгорания и теплоутилизаторами.

Схемы термических нейтрализаторов даны на рис. 7.4. Конструкция нейтрализатора должна обеспечивать нейтрализацию токсичного продукта. Для этого время пребывания его в нейтрализаторе составляет 0,1…1,0 с. Температура сжигания на 100…150^оC превышает температуру самовоспламенения, приведенные в таблице П.13 приложения.

Рис. 7.4. Схемы термических нейтрализаторов промышленных

отходящих газов: а - без теплообменника; б - с теплообменником.

Конструкции топочных устройств для печей термообезвреживания можно разделить на камерные, циклонные, шахтные и барабанные. Наиболее распространены вертикальные и горизонтальные камерные (рис. 7.5, а), а также циклонные горизонтальные (рис. 7.5, б) конструкции. В циклонных печах организуется вращательно-поступательное движение продуктов горения, что обеспечивает большее время пребывания обрабатываемых газов, чем в камерных печах таких же габаритов. Последние обычно конструируют одно- или двухходовыми по дымовым газам. Они могут быть прямоугольного или круглого сечения. Вертикальные прямоугольные конструкции имеют худшее заполнение объема топки дымовыми газами по сравнению с горизонтальными топками круглого сечения. В камерных топках возможно устройство дополнительных сводов, повышающих температуру в реакционной зоне, что невозможно выполнить в циклонных печах. В конечном счете конструкция и габариты топочного устройства выполняются такими, чтобы обеспечить требуемое время пребывания отбросных газов в зоне высоких температур.

Рис. 7.5. Конструкции топочных устройств.

Тип горелочного устройства для установок термообезвреживания и схему подвода отбросных газов выбирают в зависимости от их состава. Газовые выбросы с высоким содержанием кислорода, которые могут быть использованы в качестве дутьевого воздуха, выгоднее всего подавать в воздушные тракты дутьевых газогорелочных устройств. Богатые горючим газовые выбросы с низким содержанием (или отсутствием) кислорода можно подавать непосредственно в газовые и воздушные тракты дутьевых горелок. Горелки инжекционного типа для этих целей практически непригодны из-за нестабильности состава выбросов. В то же время инжекционные горелки, работающие на топливном газе стабильного состава, находят применение в качестве пилотных (поддерживающих горение) устройств. Высокая температура в зоне горения таких горелок обеспечивает термоокисление загрязнителя при колебаниях состава обрабатываемых газов. Кроме того, они не требуют затрат электроэнергии на подачу воздуха для горения.

Одна из конструкций факель­ной горелки с паровыми дюзами показана на рис. 7.6, горелка для сжигания галогенсодержащих примесей представлена на рис. 7.7.

Из диффузионных горелок заслуживает внимания достаточно простая конструкция, представляющая собой перфорированную трубу, установленную в потоке отбросных газов так, что газовые факелы, выходящие из отверстий, развиваются в ее аэродинамическом следе, за счет чего обеспечивается устойчивость газового факела при высоких значениях коэффициентов избытка воздуха. В результате через горелочное устройство удается пропустить большое количество отбросных газов при незначительном расходе топливного газа. Однако при больших избытках воздуха средняя температура газов становится ниже температуры самовоспламенения паров органических соединений, вследствие чего термоокислению будут подвержены лишь частицы, непосредственно соприкасавшиеся с факелом. В то же время такое устройство может быть эффективно использовано и при более высоких избытках воздуха, если на обезвреживание поступают горячие газовые выбросы.

Рис. 7.6. Факельная горелка с паровыми дюзами:

1 – дежурная горелка; 2 – воздушная труба; 3 – защитный козырек; 4 – корпус факельной горелки; 5 – паровая дюза; 6 – карман для термопары.

Рис. 7.7. Горелка для сжигания галогенсодержащих газов в атмосфере инертного газа:

1 – внутренний корпус горелки; 2 – отверстие для выхода газообразных отходов; 3 – внешний корпус горелки; 4 – отверстие для выхода инертного газа; 5 – канал для смеси инертного газа и газовых отходов; 6 – ввод инертного газа; 7 – игла; 8 – ввод природного газа; 9 – кольцевое пространство для природного газа; 10 – штуцер для подачи инертного газа;

11 - кольцевое пространство для инертного газа.