RU2819544C1 - Catalytic waste heat boiler for incineration of sewage sludge of enterprises and method of their incineration - Google Patents
Catalytic waste heat boiler for incineration of sewage sludge of enterprises and method of their incineration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819544C1 RU2819544C1 RU2023124315A RU2023124315A RU2819544C1 RU 2819544 C1 RU2819544 C1 RU 2819544C1 RU 2023124315 A RU2023124315 A RU 2023124315A RU 2023124315 A RU2023124315 A RU 2023124315A RU 2819544 C1 RU2819544 C1 RU 2819544C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boiler
- sludge
- catalyst
- sewage sludge
- pipes
- Prior art date
Links
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 9
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 16
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 7
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 5
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 102220579497 Macrophage scavenger receptor types I and II_F23C_mutation Human genes 0.000 description 5
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 2
- 229910018516 Al—O Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000010841 municipal wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам и способам переработки влажных иловых осадков сточных вод промышленных, коммунальных и других предприятий, и может быть использовано для снижения антропогенной нагрузки на окружающие территории.The invention relates to devices and methods for processing wet sludge from wastewater from industrial, municipal and other enterprises, and can be used to reduce the anthropogenic load on surrounding areas.
Известен каталитический реактор для переработки осадков сточных вод и способ их переработки по патенту RU 2536510 С2 - [1], состоящий из расширенного в верхней части корпуса, оснащенного патрубком подачи осадка сточных вод на уровне соединения нижней и верхней частей корпуса, патрубками выгрузки инертного материала и подачи воздуха и топлива в нижней части корпуса, патрубками отвода дымовых газов и загрузки инертного материала в верхней части корпуса, газораспределительной решеткой, размещенной между патрубками подачи воздуха и топлива, на которой расположены частицы дисперсного инертного материала, последовательно размещенными выше решетки организующими насадками и теплообменными поверхностями. При этом организующая насадка изготовлена из материалов, содержащих катализатор окисления. Представленный способ переработки осадков сточных вод включает в себя механическое обезвоживание осадка, термообработку концентрата в организованном неподвижной насадкой псевдоожиженном слое дисперсных частиц при температуре 700-750°С в избытке воздуха выше или равном α≥1,2, отделение твердых продуктов от дымовых газов, охлаждение твердых продуктов переработки, складирование или захоронение твердых продуктов.A known catalytic reactor for processing sewage sludge and a method for processing it according to patent RU 2536510 C2 - [1], consisting of a housing expanded in the upper part, equipped with a sewage sludge supply pipe at the level of the connection of the lower and upper parts of the housing, pipes for unloading inert material and air and fuel supply in the lower part of the housing, pipes for removing flue gases and loading inert material in the upper part of the housing, a gas distribution grid located between the air and fuel supply pipes, on which particles of dispersed inert material are located, organizing nozzles and heat exchange surfaces sequentially placed above the grill . In this case, the organizing nozzle is made of materials containing an oxidation catalyst. The presented method for processing sewage sludge includes mechanical dewatering of the sludge, heat treatment of the concentrate in a fluidized layer of dispersed particles organized by a stationary nozzle at a temperature of 700-750°C in excess air above or equal to α≥1.2, separation of solid products from flue gases, cooling solid processing products, storage or disposal of solid products.
Недостатками каталитического реактора и способов каталитической переработки осадков сточных вод [1] являются: сложность изготовления неподвижной каталитической насадки, неравномерность подачи и распределения илового осадка в реакторе за счет наличия только одного патрубка подачи, что приводит к нестабильному режиму кипения частиц слоя в реакторе и возможности перегрузки реактора перерабатываемым материалом, что, в свою очередь, приводит к необходимости остановки системы и очистки реактора. К недостаткам представленного первого способа относится использование значительных количеств вспомогательных реактивов, в том числе, растворов неорганических кислот, для отмывки и очистки продукта термической переработки осадка сточных вод. Такой подход приводит к необходимости повышенного контроля за безопасностью стоков, образующихся в процессе. К недостаткам представленного второго способа относится использование неподвижной каталитической насадки, что приводит к неравномерности протекания реакций глубокого окисления органических веществ и СО, выделяющихся при горении осадка сточных вод, по объему псевдоожиженного слоя. Это приводит к возможности превышения содержания вредных веществ в дымовых газах.The disadvantages of the catalytic reactor and methods for the catalytic processing of sewage sludge [1] are: the complexity of manufacturing a stationary catalytic nozzle, uneven supply and distribution of sludge sludge in the reactor due to the presence of only one supply pipe, which leads to an unstable boiling regime of bed particles in the reactor and the possibility of overload reactor with processed material, which, in turn, leads to the need to stop the system and clean the reactor. The disadvantages of the presented first method include the use of significant quantities of auxiliary reagents, including solutions of inorganic acids, for washing and purifying the product of thermal processing of sewage sludge. This approach leads to the need for increased control over the safety of wastewater generated in the process. The disadvantages of the presented second method include the use of a stationary catalytic nozzle, which leads to uneven occurrence of the reactions of deep oxidation of organic substances and CO released during the combustion of sewage sludge throughout the volume of the fluidized bed. This leads to the possibility of exceeding the content of harmful substances in the flue gases.
Также известен каталитический реактор для переработки осадков сточных вод и способ их переработки по патенту RU 2456248 С1 - [2]. Процесс сжигания проводят в организованном неподвижной насадкой псевдоожиженном слое смеси катализатора и инертного материала при содержании катализатора 20-90% при температуре 700-750 С при избытке воздуха α≥1,2. Недостатками конструкции реактора [2] в этом способе в случае сжигания являются: введение осадка только в одну точку, что приводит к неравномерному распределению газового потока по сечению аппарата при подаче влажного осадка, что будет приводить к механическому выбросу частиц из слоя; расположение теплообменника в верхней части слоя затрудняет процесс пуска реактора в работу, в случае высоко влажных осадков с низкой теплотой сгорания дополнительный отвод теплоты из слоя за счет выброса частиц на теплообменные поверхности приведет к снижению температуры в слое, в результате чего необходимо вводить большее количество дополнительного топлива; деформация сварных швов корпуса реактора.Also known is a catalytic reactor for processing sewage sludge and a method for processing it according to patent RU 2456248 C1 - [2]. The combustion process is carried out in a fluidized bed of a mixture of catalyst and inert material organized by a stationary nozzle with a catalyst content of 20-90% at a temperature of 700-750 C with excess air α≥1.2. The disadvantages of the reactor design [2] in this method in the case of combustion are: the introduction of sediment at only one point, which leads to an uneven distribution of the gas flow across the cross section of the apparatus when feeding wet sediment, which will lead to the mechanical ejection of particles from the layer; the location of the heat exchanger in the upper part of the layer complicates the process of putting the reactor into operation; in the case of highly humid precipitation with a low calorific value, additional heat removal from the layer due to the emission of particles onto the heat exchange surfaces will lead to a decrease in the temperature in the layer, as a result of which it is necessary to introduce a larger amount of additional fuel ; deformation of the welds of the reactor vessel.
Наиболее близкими по технической сущности к заявленным техническим решениям - прототипом являются каталитический реактор для утилизации осадков сточных вод коммунальных очистных сооружений и способ осуществления утилизации, описанные в патенте RU 2752476 С1 - [3]. Реактор состоит из вертикального корпуса, в верхней части которого расположен патрубок подачи катализатора, в нижней части расположены два патрубка подачи илового осадка, шнековой подачи угля, удаления катализатора из реактора. Внутри реактора, в верхней части, расположен отбойник в форме полого усеченного конуса; в средней части расположена организующая насадка, при этом в нижней части корпуса расположено воздухораспределительное устройство, а в основании корпуса реактора расположен разгрузочный шнек для выгрузки несгораемых компонентов иловых осадков сточных вод.The prototype that is closest in technical essence to the stated technical solutions is a catalytic reactor for recycling sewage sludge from municipal wastewater treatment plants and a method of recycling described in patent RU 2752476 C1 - [3]. The reactor consists of a vertical body, in the upper part of which there is a catalyst supply pipe, in the lower part there are two pipes for supplying sludge, a screw supply of coal, and removal of the catalyst from the reactor. Inside the reactor, in the upper part, there is a bumper in the shape of a hollow truncated cone; in the middle part there is an organizing nozzle, while in the lower part of the body there is an air distribution device, and at the base of the reactor body there is an unloading auger for unloading non-combustible components of sewage sludge.
Недостатками каталитического реактора для утилизации осадков сточных вод коммунальных очистных сооружений и способов осуществления утилизации являются: неравномерность подачи и распределения осадка в реакторе, повышенный расход катализатора и носителя за счет истирания и выброса частиц вследствие неравномерного распределения скоростей по сечению реактора в результате подачи осадка через один патрубок, деформация сварных швов корпуса реактора, повышенное истирание частиц в процессе разгрузки реактора шнековым транспортером, образование больших газовых пузырей в зоне сжигания из-за отсутствия организующей решетки.The disadvantages of a catalytic reactor for recycling sewage sludge from municipal treatment plants and methods of recycling are: uneven supply and distribution of sludge in the reactor, increased consumption of catalyst and carrier due to abrasion and the emission of particles due to uneven velocity distribution across the cross section of the reactor as a result of feeding sludge through one pipe , deformation of the welds of the reactor vessel, increased abrasion of particles during the process of unloading the reactor with a screw conveyor, the formation of large gas bubbles in the combustion zone due to the lack of an organizing lattice.
Из недостатков аналогов [1], [2] и прототипа [3] следует задача заявляемого изобретения - повышение эффективности процесса сжигания осадков сточных вод промышленных и коммунальных предприятий в условиях псевдоожиженного слоя.Among the disadvantages of analogues [1], [2] and prototype [3], the task of the claimed invention is to increase the efficiency of the process of burning sewage sludge from industrial and municipal enterprises under fluidized bed conditions.
Сущность заявленного устройства - каталитического котла-утилизатора для сжигания осадков сточных вод предприятий (промышленных, коммунальных и др.) представляет собой вертикальный цилиндрический котел переменного диаметра из нержавеющей стали, оснащенный узлом подачи воздуха в нижней части корпуса, патрубком подачи катализатора в верхней части корпуса, патрубками подачи иловых осадков сточных вод и дополнительного топлива, над которыми расположена организующая насадка. При этом подача илового осадка сточных вод осуществляется через четыре патрубка круглого сечения, вваренных в корпус котла в одной плоскости (горизонтальной), равноудаленных друг от друга и соединенных трубами с двумя дозирующими устройствами, работающими параллельно (чем обеспечивается равномерность подачи влажных иловых осадков сточных вод в котел-утилизатор, а также снижение удельного расхода катализатора на тонну сжигаемого осадка в процессе сжигания иловых осадков сточных вод за счет более равномерного распределения скоростей по сечению котла). Патрубки ввода иловых осадков в котел могут быть оснащены внутренними рассекателями массы осадка, представляющими собой две взаимно перпендикулярные пластины из нержавеющей стали, расположенные вдоль потока осадка. Внутренняя стенка котла может быть футерована монолитным жаростойким низкоцементным бетоном с теплоизоляционным слоем (чем обеспечивается снижение тепловой нагрузки на материал внешней стенки и сварные швы корпуса, а также увеличение срока службы стального корпуса каталитического котла-утилизатора.).The essence of the claimed device - a catalytic waste heat boiler for burning sewage sludge from enterprises (industrial, municipal, etc.) is a vertical cylindrical boiler of variable diameter made of stainless steel, equipped with an air supply unit in the lower part of the housing, a catalyst supply pipe in the upper part of the housing, pipes for supplying sewage sludge and additional fuel, above which an organizing nozzle is located. In this case, the supply of sludge sewage sludge is carried out through four round pipes welded into the boiler body in one plane (horizontal), equidistant from each other and connected by pipes with two dosing devices operating in parallel (which ensures uniform supply of wet sludge sewage sludge into recovery boiler, as well as a reduction in the specific consumption of catalyst per ton of burned sludge in the process of burning sewage sludge due to a more uniform distribution of velocities across the cross section of the boiler). The pipes for introducing sludge into the boiler can be equipped with internal sludge mass dividers, which are two mutually perpendicular stainless steel plates located along the sludge flow. The inner wall of the boiler can be lined with monolithic heat-resistant low-cement concrete with a heat-insulating layer (which reduces the thermal load on the material of the outer wall and the welds of the body, as well as increases the service life of the steel body of the catalytic waste heat boiler.).
Сущность заявленного способа работы вышеприведенного устройства - способ сжигания осадков сточных вод в режиме кипящего слоя в котле- утилизаторе, при температуре 650-800°С, состоит в том, что процесс проводят с применением смеси инертного материала в количестве 50- об.% и катализатора глубокого окисления органических веществ и СО в количестве 20-50 об.%, (что обеспечивает снижение расхода дорогостоящего катализатора). При этом катализатор глубокого окисления органических веществ и СО представляет собой смесь оксидов переходных металлов в качестве активного компонента и оксиды щелочных и/или щелочноземельных металлов в качестве промотора, в качестве носителя выступают материалы, состоящие из оксидов алюминия, кремния или их смесей с развитой удельной поверхностью.The essence of the claimed method of operation of the above device - a method of burning sewage sludge in a fluidized bed mode in a recovery boiler, at a temperature of 650-800 ° C, is that the process is carried out using a mixture of inert material in an amount of 50 vol.% and a catalyst deep oxidation of organic substances and CO in an amount of 20-50 vol.% (which reduces the consumption of expensive catalyst). In this case, the catalyst for the deep oxidation of organic substances and CO is a mixture of transition metal oxides as an active component and alkali and/or alkaline earth metal oxides as a promoter; materials consisting of aluminum oxides, silicon or their mixtures with a developed specific surface act as a carrier .
Техническим результатом представленного изобретения (заявленных технических решений - устройства и способа его работы) является повышение эффективности, проявляющееся в:The technical result of the presented invention (claimed technical solutions - device and method of its operation) is an increase in efficiency, manifested in:
1. Повышении равномерности подачи влажных иловых осадков сточных вод в котел-утилизатор.1. Increasing the uniformity of supply of wet sludge from wastewater to the recovery boiler.
2. Снижении удельного расхода катализатора на тонну сжигаемого осадка в процессе сжигания иловых осадков сточных вод за счет более равномерного распределения скоростей по сечению котла.2. Reducing the specific catalyst consumption per ton of burned sludge in the process of burning sewage sludge due to a more uniform distribution of velocities across the cross section of the boiler.
3. Снижении тепловой нагрузки на материал внешней стенки и сварные швы корпуса.3. Reducing the thermal load on the outer wall material and body welds.
4. Увеличении срока службы стального корпуса реактора.4. Increasing the service life of the steel reactor vessel.
Сущность технических решений дополнительно раскрывается графическими материалами, где на фиг. 1 представлен продольный вертикальный разрез каталитического котла-утилизатора, а на фиг. 2 и фиг. 3 соответственно его поперечные (горизонтальные) сечения А-А и В-В.The essence of technical solutions is further revealed by graphic materials, where in Fig. 1 shows a longitudinal vertical section of a catalytic waste heat boiler, and FIG. 2 and fig. 3, respectively, its transverse (horizontal) sections A-A and B-B.
На фигурах обозначены: I - первая зона каталитического горения, II - вторая зона каталитического горения, III - зона сепарации, 1 - вертикальный стальной корпус каталитического котла-утилизатора, 2.1 и 2.2 - патрубки подачи дополнительного топлива, 3 - газораспределительная колпачковая решетка, 4.1, 4.2, 4.3 и 4.4 - патрубки подачи илового осадка; 5 - патрубок отвода дымовых газов, 6 - патрубок загрузки инертного материала и катализатора, 7 - пакет объемной организующей насадки первой зоны горения (I), 8 - пакет объемной организующей насадки второй зоны горения (II).The figures indicate: I - first catalytic combustion zone, II - second catalytic combustion zone, III - separation zone, 1 - vertical steel body of the catalytic waste heat boiler, 2.1 and 2.2 - additional fuel supply pipes, 3 - gas distribution cap grid, 4.1, 4.2, 4.3 and 4.4 - sludge supply pipes; 5 - flue gas exhaust pipe, 6 - inert material and catalyst loading pipe, 7 - package of volumetric organizing nozzle of the first combustion zone (I), 8 - package of volumetric organizing nozzle of the second combustion zone (II).
Вышеприведенный технический результат решается конструкцией каталитического котла-утилизатора, предназначенного для сжигания осадков сточных вод промышленных и коммунальных предприятий в условиях псевдоожиженного слоя. Каталитический котел-утилизатор (далее котел) состоит из корпуса (1) из нержавеющей стали, внутренняя стенка которого футерована монолитным жаростойким низкоцементным бетоном с теплоизоляционным слоем (на фигурах не показан). Корпус (1) представляет собой вертикальную конструкцию с расширением в верхней части. Верхняя часть котла оснащена патрубкам (6) подачи катализатора и инертного материала, а также патрубком (5) для отвода дымовых газов. На уровне соединения нижней и верхней расширенной части корпуса (1) реактора расположены патрубки (4.1, 4.2, 4.3 и 4.4) подачи иловых осадков сточных вод круглого сечения, вваренные в корпус котла (1) в одной горизонтальной плоскости и равноудаленные друг от друга, соединенные трубами с двумя дозирующими устройствами, работающими параллельно. Расположенные диаметрально противоположно патрубки (4.1, 4.2, 4.3 и 4.4) присоединены к одному насосу (на фигурах не показаны). В нижней части корпус (1) котла снабжен патрубками (2.1 и 2.2) подачи дополнительного топлива. Внутри корпуса (1) ниже патрубков (2.1 и 2.2) подачи дополнительного топлива размещена газораспределительная колпачковая решетка (3). Выше патрубков (2.1 и 2.2) подачи дополнительного топлива, а также над патрубками (4.1, 4.2, 4.3 и 4.4) подачи илового осадка размещены соответственно организующие насадки (7 и 8). Также технический результат достигается конструкцией котла, который состоит из корпуса (1) из нержавеющей стали, внутренняя стенка которого футерована монолитным жаростойким низкоцементным бетоном с теплоизоляционным слоем (на фигурах не показан).The above technical result is solved by the design of a catalytic waste heat boiler designed for burning wastewater sludge from industrial and municipal enterprises under fluidized bed conditions. The catalytic waste heat boiler (hereinafter referred to as the boiler) consists of a stainless steel body (1), the inner wall of which is lined with monolithic heat-resistant low-cement concrete with a heat-insulating layer (not shown in the figures). The housing (1) is a vertical structure with an extension at the top. The upper part of the boiler is equipped with pipes (6) for supplying catalyst and inert material, as well as a pipe (5) for removing flue gases. At the level of the connection of the lower and upper expanded part of the reactor body (1) there are pipes (4.1, 4.2, 4.3 and 4.4) for supplying sewage sludge of round cross-section, welded into the boiler body (1) in the same horizontal plane and equidistant from each other, connected pipes with two dosing devices operating in parallel. The nozzles located diametrically opposite (4.1, 4.2, 4.3 and 4.4) are connected to one pump (not shown in the figures). In the lower part of the boiler body (1) there are pipes (2.1 and 2.2) for supplying additional fuel. Inside the housing (1), below the nozzles (2.1 and 2.2) for supplying additional fuel, there is a gas distribution cap grille (3). Above the nozzles (2.1 and 2.2) for supplying additional fuel, as well as above the nozzles (4.1, 4.2, 4.3 and 4.4) for supplying sludge, organizing nozzles (7 and 8) are placed, respectively. Also, the technical result is achieved by the design of the boiler, which consists of a stainless steel body (1), the inner wall of which is lined with monolithic heat-resistant low-cement concrete with a heat-insulating layer (not shown in the figures).
Технический результат решается также заявленным способом сжигания осадков сточных вод промышленных и коммунальных предприятий в условиях псевлоожиженного слоя. Способ включает в себя сжигание осадков сточных вод при 650-800°С в псевлоожиженном слое смеси инертного материала (в количестве 50-80 об.%) и катализатора глубокого окисления органических веществ и СО (в количестве 20-50 об.%). При этом, катализатор глубокого окисления органических веществ и СО представляет собой смесь оксидов переходных металлов в качестве активного компонента и оксиды щелочных и/или щелочноземельных металлов в качестве промотора. В качестве носителя выступает материал оксидной природы с развитой удельной поверхностью, состоящие из оксидов алюминия, кремния или их смесей.The technical result is also achieved by the claimed method of burning sewage sludge from industrial and municipal enterprises under fluidized bed conditions. The method involves burning sewage sludge at 650-800°C in a fluidized bed of a mixture of inert material (in an amount of 50-80 vol.%) and a catalyst for the deep oxidation of organic substances and CO (in an amount of 20-50 vol.%). In this case, the catalyst for the deep oxidation of organic substances and CO is a mixture of transition metal oxides as an active component and alkali and/or alkaline earth metal oxides as a promoter. The carrier is an oxide material with a developed specific surface area, consisting of aluminum oxides, silicon oxides or mixtures thereof.
В качестве инертного материала выступает материал оксидной природы, более чем на 95 масс. % состоящий из оксидов алюминия, кремния, магния, железа или их смесей.The inert material is a material of oxide nature, more than 95 wt. % consisting of oxides of aluminum, silicon, magnesium, iron or mixtures thereof.
Сжигание иловых осадков сточных вод осуществляется путем подачи материала в котел-утилизатор, разогретый до 650-800°С и содержащий смесь инертного материала и катализатора глубокого окисления органических веществ и СО или только катализатор. В это время, в котел также подается воздух, необходимый для протекания реакций окисления и ожижения частиц инертного материала и катализатора.The combustion of sewage sludge is carried out by feeding the material into a recovery boiler heated to 650-800°C and containing a mixture of inert material and a catalyst for the deep oxidation of organic substances and CO or only the catalyst. At this time, the air necessary for the oxidation and liquefaction of particles of inert material and catalyst is also supplied to the boiler.
В качестве меры истираемости катализатора была выбрана величина потери массы катализатора в целевой фракции (>1,4 мм) при истирании в течение 90 минут в стальном барабане согласно стандарту ASTM D 4058.As a measure of catalyst abrasion, the amount of catalyst mass loss in the target fraction (>1.4 mm) when abraded for 90 minutes in a steel drum according to ASTM D 4058 was chosen.
Каталитический котел-утилизатор представляет собой вертикальный корпус (1), состоящий из трех частей - первой зоны каталитического горения (I), второй зоны каталитического горения (II) и сепарационной зоны (III). Площади сечения первой зоны каталитического горения (I) и сепарационной зоны (III) подбираются таким образом, чтобы линейные скорости частиц в них не превосходили значение в 80% от скорости начала уноса при 750°С. Общая высота зон горения (I) и (II) составляет не менее 1 м. Общая высота котла-утилизатора не менее чем в 3 раза больше диаметра сепарационной зоны (III). В зоне первой горения (I) корпус котла снабжен патрубками (2.1 и 2.2) подачи дополнительного топлива и газораспределительной колпачковой решеткой (3). В второй зоне горения (II) корпус (1) снабжен патрубками (4.1, 4.2, 4.3 и 4.4) подачи илового осадка. В верхней части сепарационно зоны корпус котла снабжен патрубками: (5) - отвода дымовых газов и (6) - загрузки инертного материала и катализатора. Над газораспределительной колпачковой решеткой (3) внутри первой зоны горения (I) и над патрубками (4.1, 4.2, 4.3 и 4.4) подачи илового осадка во второй зоне горения (II) размещены соответственно пакеты объемных организующих насадок (7) и (8) с величиной отверстий 10-100 диаметров частиц инертного материала и долей свободного объема в пакете насадок 85-95%. Насадки (7) и (8) выполнены в виде неподвижных блоков, элементы которых представляют собой решетки.The catalytic waste heat boiler is a vertical housing (1), consisting of three parts - the first catalytic combustion zone (I), the second catalytic combustion zone (II) and the separation zone (III). The cross-sectional areas of the first catalytic combustion zone (I) and separation zone (III) are selected in such a way that the linear velocities of particles in them do not exceed 80% of the entrainment onset speed at 750°C. The total height of the combustion zones (I) and (II) is at least 1 m. The total height of the waste heat boiler is at least 3 times the diameter of the separation zone (III). In the first combustion zone (I), the boiler body is equipped with pipes (2.1 and 2.2) for supplying additional fuel and a gas distribution cap grille (3). In the second combustion zone (II), the housing (1) is equipped with pipes (4.1, 4.2, 4.3 and 4.4) for supplying sludge. In the upper part of the separation zone, the boiler body is equipped with pipes: (5) - flue gas removal and (6) - loading of inert material and catalyst. Above the gas distribution cap grid (3) inside the first combustion zone (I) and above the nozzles (4.1, 4.2, 4.3 and 4.4) for supplying sludge in the second combustion zone (II), packages of volumetric organizing nozzles (7) and (8) with the size of the holes is 10-100 diameters of particles of inert material and the proportion of free volume in the package of nozzles is 85-95%. The nozzles (7) and (8) are made in the form of fixed blocks, the elements of which are gratings.
Каталитический котел-утилизатор работает следующим образом. В котел загружают инертный материал или катализатор через загрузочный патрубок (6). Количество инертного материала или катализатора составляет 30-50% от общего объема материала слоя. Слой частиц инертного материала или катализатора нагревают до температуры 300-500°С, например, за счет нагретого воздуха, подаваемого через колпачковую решетку (3) на псевдоожижение слоя. Затем через патрубки (2.1 и 2.2) в слой вводят дополнительное топливо. Температуру слоя доводят до 650-700°С за счет теплоты сгорания топлива. По достижении требуемой температуры, производят дозагрузку инертного материала и/или катализатора в котел через патрубок (6). Общее количество инертного материала и/или катализатора, загружаемых в котел, должно соответствовать высоте псевдоожиженного слоя при рабочей скорости псевдоожижения в верхней части корпуса так, чтобы верхняя организующая насадка (8) была полностью погружена в слой. После загрузки материала, слой разогревают до 700-750°С и через патрубки (4.1, 4.2, 4.3 и 4.4) начинают подачу илового осадка. Подачу дополнительного топлива через патрубки (2.1 и 2.2) уменьшают или прекращают в зависимости от величины рабочей температуры сжигания осадка.A catalytic waste heat boiler works as follows. Inert material or catalyst is loaded into the boiler through the loading pipe (6). The amount of inert material or catalyst is 30-50% of the total volume of the layer material. The layer of particles of inert material or catalyst is heated to a temperature of 300-500°C, for example, due to heated air supplied through the cap grid (3) to fluidize the layer. Then additional fuel is introduced into the layer through pipes (2.1 and 2.2). The temperature of the layer is adjusted to 650-700°C due to the heat of combustion of the fuel. Upon reaching the required temperature, additional loading of inert material and/or catalyst into the boiler is carried out through the pipe (6). The total amount of inert material and/or catalyst loaded into the boiler must correspond to the height of the fluidized bed at the operating fluidization speed in the upper part of the body so that the upper organizing nozzle (8) is completely immersed in the bed. After loading the material, the layer is heated to 700-750°C and the supply of sludge begins through the pipes (4.1, 4.2, 4.3 and 4.4). The supply of additional fuel through the pipes (2.1 and 2.2) is reduced or stopped depending on the operating temperature of sludge combustion.
Способ осуществляют следующим образом. Иловой осадок после механического обезвоживания с влажностью 60-80% подают в вторую зону горения (II) каталитического котла-утилизатора с организованным псевдоожиженным слоем инертного материала и катализатора или только катализатора. Псевдоожиженный слой создают воздухом, который подают под газораспределительную колпачковую решетку. При попадании и прохождении илового осадка через псевдоожиженный слой частиц катализатора и инертного материала или только катализатора, происходит испарение воды и нагрев до рабочей температуры котла, нагрев сухих частиц осадка с выделением летучих веществ и их окисление в присутствии частиц катализатора. Необходимую температуру слоя поддерживают за счет теплотворной способности илового осадка. При снижении температуры в котле из-за изменения характеристик осадка, в слой вводят дополнительное топливо. После слоя дымовые газы направляют на очистку и сброс через патрубок (5).The method is carried out as follows. Sludge sludge after mechanical dehydration with a humidity of 60-80% is fed into the second combustion zone (II) of a catalytic waste heat boiler with an organized fluidized bed of inert material and a catalyst or only a catalyst. The fluidized layer is created by air, which is supplied under the gas distribution cap grid. When sludge sludge enters and passes through a fluidized layer of catalyst particles and inert material or just the catalyst, water evaporates and heats up to the operating temperature of the boiler, heating the dry sludge particles with the release of volatile substances and their oxidation in the presence of catalyst particles. The required temperature of the layer is maintained due to the calorific value of the sludge. When the temperature in the boiler decreases due to changes in the characteristics of the sediment, additional fuel is introduced into the bed. After the layer, the flue gases are sent for cleaning and discharge through the pipe (5).
Примеры осуществления способа сжигания осадков сточных вод в режиме кипящего слоя в котле-утилизаторе.Examples of implementation of a method for burning sewage sludge in a fluidized bed mode in a waste heat boiler.
Пример 1 (прототип).Example 1 (prototype).
В котел-утилизатор в качестве материала кипящего слоя загружается только промышленный катализатор глубокого окисления Mg-Cu-Cr-Al-O со средним размером частиц 2-3 мм. Катализатор разогревают до 700-750°С, после чего в котел подается осадок сточных вод. По мере протекания процесса происходит истирание катализатора, приводящее к снижению перепада давления между нижней и верхней частью котла, что свидетельствует о необходимости дозагрузки катализатора в котел-утилизатор.Only the industrial deep oxidation catalyst Mg-Cu-Cr-Al-O with an average particle size of 2-3 mm is loaded into the recovery boiler as a fluidized bed material. The catalyst is heated to 700-750°C, after which sewage sludge is fed into the boiler. As the process progresses, the catalyst wears out, leading to a decrease in the pressure drop between the lower and upper parts of the boiler, which indicates the need to additionally load the catalyst into the recovery boiler.
Потеря массы катализатора в целевой фракции (>1,4 мм) при истирании, проведенном согласно ASTM D 4058, составляет порядка 5 масс. %, что соответствует 50 кг катализатора на 1 тонну материала слоя.The weight loss of the catalyst in the target fraction (>1.4 mm) during attrition, carried out according to ASTM D 4058, is about 5 wt. %, which corresponds to 50 kg of catalyst per 1 ton of layer material.
Пример 2.Example 2.
Аналогичен примеру 1, только в котел-утилизатор загружают смесь катализатора и инертного материала в соотношении 1:1 по массе.Similar to example 1, only a mixture of catalyst and inert material is loaded into the recovery boiler in a ratio of 1:1 by weight.
Потеря массы катализатора в целевой фракции (>1,4 мм) при истирании, проведенном согласно ASTM D 4058, составляет порядка 7 масс. %, что соответствует 35 кг катализатора на 1 тонну материала слоя.The weight loss of the catalyst in the target fraction (>1.4 mm) during attrition, carried out according to ASTM D 4058, is about 7 wt. %, which corresponds to 35 kg of catalyst per 1 ton of layer material.
Пример 3.Example 3.
Аналогичен примеру 1, только в котел-утилизатор загружают смесь катализатора и инертного материала в соотношении 1:4 по массе.Similar to example 1, only a mixture of catalyst and inert material is loaded into the recovery boiler in a ratio of 1:4 by weight.
Потеря массы катализатора в целевой фракции (>1,4 мм) при истирании, проведенном согласно ASTM D 4058, составляет порядка 10 масс. %, что соответствует 20 кг катализатора на 1 тонну материала слоя.The weight loss of the catalyst in the target fraction (>1.4 mm) during attrition, carried out according to ASTM D 4058, is about 10 wt. %, which corresponds to 20 kg of catalyst per 1 ton of layer material.
ЛитератураLiterature
1. Патент на изобретение РФ: RU 2536510 С2 от 27.12.2014, МПК C02F 11/06, F23C 10/01, «Каталитический реактор для переработки осадков сточных вод и способ их переработки (Варианты)» патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (RU).1. Patent for invention of the Russian Federation: RU 2536510 C2 dated December 27, 2014, IPC C02F 11/06, F23C 10/01, “Catalytic reactor for processing sewage sludge and a method for their processing (Options)” patent holder: Federal State Budgetary Institution of Science Institute catalysis named after G.K. Boreskov of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (RU).
2. Патент на изобретение РФ: RU 2456248 С1 от 20.07.20212, МПК C02F 11/06, F23C 10/01, F23C 13/04, D21C 11/04, C02F 103/28, «Каталитический реактор для переработки осадков сточных вод и способ их переработки (Варианты)», патентообладатель: Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН (RU).2. Patent for invention of the Russian Federation: RU 2456248 C1 from 07/20/20212, IPC C02F 11/06, F23C 10/01, F23C 13/04, D21C 11/04, C02F 103/28, “Catalytic reactor for processing sewage sludge and method of their processing (Options)", patent holder: Institution of the Russian Academy of Sciences Institute of Catalysis named after. G.K. Boreskov of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (RU).
3. Патент на изобретение РФ: RU 2752476 С1 от 28.07.2021, МПК C02F 11/06, C02F 11/18, F23C 10/01, F23C 13/08, «Каталитический реактор для утилизации осадков сточных вод коммунальных очистных сооружений и способ осуществления утилизации», патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью "РВК. Катализ" (ООО "РВК. Катализ") (RU) - прототип.3. Patent for invention of the Russian Federation: RU 2752476 C1 dated 07/28/2021, IPC C02F 11/06, C02F 11/18, F23C 10/01, F23C 13/08, “Catalytic reactor for recycling sewage sludge from municipal treatment facilities and method of implementation recycling", patent holder: Limited Liability Company "RVK. Catalysis" (LLC "RVK. Catalysis") (RU) - prototype.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819544C1 true RU2819544C1 (en) | 2024-05-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2930256A1 (en) * | 1979-07-26 | 1981-02-19 | Balster Hugo Dr | Gas prodn. from organic materials - by pyrolysis in multiple-grate shaft furnace |
| US5109918A (en) * | 1989-06-08 | 1992-05-05 | Nukem Gmbh | Device for the thermal treatment or organic and inorganic substances |
| RU2198141C1 (en) * | 2001-06-29 | 2003-02-10 | Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга" | System of sewage water sludge utilization |
| US20200332205A1 (en) * | 2012-01-30 | 2020-10-22 | Aries Gasification, Llc | Universal feeder for gasification reactors |
| RU2749063C1 (en) * | 2020-11-08 | 2021-06-03 | Общество с ограниченной ответственностью "РВК. Катализ" (ООО "РВК. Катализ") | Installation for catalytic combustion of fuel in form of sewage sludge from municipal treatment plants and method for its combustion |
| RU2752476C1 (en) * | 2020-11-08 | 2021-07-28 | Общество с ограниченной ответственностью "РВК. Катализ" (ООО "РВК. Катализ") | Catalytic reactor for the disposal of sediments from municipal wastewater treatment plants and a method for disposal |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2930256A1 (en) * | 1979-07-26 | 1981-02-19 | Balster Hugo Dr | Gas prodn. from organic materials - by pyrolysis in multiple-grate shaft furnace |
| US5109918A (en) * | 1989-06-08 | 1992-05-05 | Nukem Gmbh | Device for the thermal treatment or organic and inorganic substances |
| RU2198141C1 (en) * | 2001-06-29 | 2003-02-10 | Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга" | System of sewage water sludge utilization |
| US20200332205A1 (en) * | 2012-01-30 | 2020-10-22 | Aries Gasification, Llc | Universal feeder for gasification reactors |
| RU2749063C1 (en) * | 2020-11-08 | 2021-06-03 | Общество с ограниченной ответственностью "РВК. Катализ" (ООО "РВК. Катализ") | Installation for catalytic combustion of fuel in form of sewage sludge from municipal treatment plants and method for its combustion |
| RU2752476C1 (en) * | 2020-11-08 | 2021-07-28 | Общество с ограниченной ответственностью "РВК. Катализ" (ООО "РВК. Катализ") | Catalytic reactor for the disposal of sediments from municipal wastewater treatment plants and a method for disposal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108800152B (en) | Hazardous waste clean treatment system with classified closed feeding system | |
| EP0126191B1 (en) | Vibratory fluidized bed reactor | |
| CN106247345B (en) | Hazardous waste incineration system and process | |
| RU2456248C1 (en) | Catalytic reactor for treatment of eflluents sediments and method of their treatment (versions) | |
| CN107954565B (en) | Chemical industry emission integrated processing system | |
| CN108895465A (en) | A kind of high-efficiency environment friendly waste treatment system | |
| WO2018146544A1 (en) | Combustor for biomass treatment | |
| JP2005521018A (en) | Control system for waste treatment equipment | |
| RU2819544C1 (en) | Catalytic waste heat boiler for incineration of sewage sludge of enterprises and method of their incineration | |
| JP2014040938A (en) | Structure of fluidized bed type thermal reaction apparatus and treatment method of waste in the structure | |
| CN1249809A (en) | Reactor | |
| WO2008010206A1 (en) | Apparatus and method for the removal of gaseous pollutants from an upwardly flowing gas stream | |
| WO1998051967A1 (en) | Fluidized bed process and apparatus for thermally treating solid waste | |
| RU2568978C1 (en) | Method for catalytic treatment of sewage sludge | |
| WO2022098262A1 (en) | Plant for catalytic incineration of fuel in the form of sewage sludge | |
| CN206310509U (en) | Danger waste incineration system | |
| KR101542845B1 (en) | Bubbling fluidized bed combustor system | |
| US20090050076A1 (en) | Boiler producing steam from flue gases with high electrical efficiency and improved slag quality | |
| KR20200113383A (en) | Incinerator Apparatus Can be Transported | |
| US4815399A (en) | Incinerator construction | |
| KR101639980B1 (en) | Cyclone equipment | |
| JP3973310B2 (en) | Detoxification method for incineration ash | |
| RU2198024C1 (en) | Plant for neutralization of organic wastes | |
| CN109456778B (en) | Novel device and method for superheated steam continuous anaerobic carbonization cracking furnace | |
| US4794872A (en) | Apparatus and method for disposing of waste material |