[go: up one dir, main page]

RU2749063C1 - Installation for catalytic combustion of fuel in form of sewage sludge from municipal treatment plants and method for its combustion - Google Patents

Installation for catalytic combustion of fuel in form of sewage sludge from municipal treatment plants and method for its combustion Download PDF

Info

Publication number
RU2749063C1
RU2749063C1 RU2020136581A RU2020136581A RU2749063C1 RU 2749063 C1 RU2749063 C1 RU 2749063C1 RU 2020136581 A RU2020136581 A RU 2020136581A RU 2020136581 A RU2020136581 A RU 2020136581A RU 2749063 C1 RU2749063 C1 RU 2749063C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
sludge
catalyst
sewage sludge
base
Prior art date
Application number
RU2020136581A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Иванович Бухтияров
Юрий Владимирович Дубинин
Анна Александровна Леонова
Антон Юрьевич Михальков
Игорь Анатольевич Федоров
Сергей Николаевич Шелест
Вадим Анатольевич Яковлев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "РВК. Катализ" (ООО "РВК. Катализ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "РВК. Катализ" (ООО "РВК. Катализ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "РВК. Катализ" (ООО "РВК. Катализ")
Priority to RU2020136581A priority Critical patent/RU2749063C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2749063C1 publication Critical patent/RU2749063C1/en
Priority to CN202180074224.5A priority patent/CN116406346A/en
Priority to PCT/RU2021/050330 priority patent/WO2022098262A1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/18Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/01Fluidised bed combustion apparatus in a fluidised bed of catalytic particles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: waste disposal.
SUBSTANCE: invention relates to devices and methods for the disposal of wet sludge from municipal treatment plants. The invention relates to an installation for the catalytic combustion of fuel in the form of sewage sludge. The installation includes a catalytic reactor, in which a nozzle for supplying the catalyst is located in the upper part of the case, and under the cover with the flue gas outlet pipe, there is a bump stop made in the form of a hollow truncated cone, fixed to the reactor case down with a base with a smaller diameter, in which a pyramidal tetrahedral tip is fixed with a top down with a diagonal of the base greater than the diameter of the smaller base of the truncated cone of the bump stop, thus, that gaps are formed between the plane of the tip base and the plane of the smaller base of the truncated cone of the bump stop. In the lower part of the case of the catalytic reactor, in the oxidation zone, there are two diametrically opposite pipes for supplying sewage sludge, in each of which a water supply pipe is welded. Between the catalyst removal pipe and the zone of discharge of unburned sludge components with a discharge screw, there is an air distribution device, which consists of two external distribution collectors located in the same plane and parallel to each other at diametrically opposite walls of the reactor case, with three circular pipes extending from each collector through the knees with perforation holes in the lower part of the wall, each of which is welded into the reactor case and the free welded end of each of them is inserted into a cup welded externally into the reactor case from the opposite side from the knee. All the perforated pipes are located parallel in the same plane and installed with gaps between them. The perforated part of the pipe is located inside the reactor case. The total area of the perforation holes in the pipes is 2.5 % of the cross-sectional area of the lower part of the reactor case. The installation includes a blower and a heat generator connected in series to the catalytic reactor by means of an air supply line, and a recuperator, an economizer, a bag filter, a wet vortex scrubber, a high-pressure fan and a chimney connected in series to the catalytic reactor by means of a gas discharge line. It also includes a solid fuel supply system - a flow hopper with a screw dispenser and a hopper for unloading non-combustible components of sewage sludge. The invention also concerns a method for combusting fuel in the form of sewage sludge.
EFFECT: technical result is uniform boiling of the layer, ensuring the removal of large inclusions from the boiling layer zone with further removal from the reactor without stopping it; reducing the removal of material and catalyst, their sticking to the bump stop when working without changing the pressure drop on the bump stop device, the effect of a highly active deep oxidation catalyst on the degree of sludge burnout, effective vapor deposition and neutralization of acid gases.
4 cl, 5 dwg, 1 tbl, 7 ex

Description

Изобретение относится к устройствам и способам сжигания влажных иловых осадков сточных вод коммунальных очистных сооружений, содержащих органические вещества.The invention relates to devices and methods for burning wet sludge of wastewater from municipal wastewater treatment plants containing organic substances.

Известна установка с инертным кипящим слоем для утилизации углеродосодержащих отходов в городских очистных сооружениях (патент RU № 2351847), которая содержит котельную установку, топку кипящего слоя и газомоторную электростанцию с трубопроводом выхлопных газов. Дутьевой вентилятор высокого давления со смесительной камерой свежего воздуха и горячих дымовых газов, к которой присоединен трубопровод выхлопных газов газомоторной электростанции, коробчатый воздухонагреватель, через который посредством указанного вентилятора горячая газовоздушная смесь поступает в топку кипящего слоя для сжигания над раскаленным инертным кипящим слоем мокрого углеродосодержащего осадка сточных вод, осадительную камеру, расположенную над топкой кипящего слоя с сечением, превышающим сечение указанной топки, и боковые карманы для приема золошлаковых отходов из осадительной камеры со шнековыми разгрузчиками. При падении мокрого осадка сточных вод на раскаленную поверхность кипящего слоя вода мгновенно испаряется, а твердые частички интенсивно сгорают. Образующиеся золошлаковые отходы оседают в разгрузочных боковых карманах за счет увеличенного по сравнению с камерой кипящего слоя сечения осадительной камеры и удаляются из топки с помощью шнековых разгрузчиков. Несгоревшие мельчайшие частички топлива и несгоревшие горючие газы сгорают в камере дожигания.Known installation with an inert fluidized bed for the disposal of carbon-containing waste in urban wastewater treatment plants (patent RU No. 2351847), which contains a boiler plant, a fluidized bed furnace and a gas engine power plant with an exhaust gas pipeline. A high-pressure blower fan with a mixing chamber of fresh air and hot flue gases, to which the exhaust gas pipeline of the gas engine power plant is connected, a box-type air heater, through which, by means of the said fan, the hot gas-air mixture enters the fluidized bed furnace for combustion over a hot inert fluidized bed of wet carbon-containing sewage sludge waters, a settling chamber located above the combustion chamber of a fluidized bed with a cross-section exceeding the cross-section of said furnace, and side pockets for receiving ash and slag waste from the settling chamber with auger unloaders. When wet sewage sludge falls on the hot surface of the fluidized bed, the water instantly evaporates, and the solid particles burn out intensively. The resulting ash and slag waste settles in the discharge side pockets due to the section of the settling chamber increased in comparison with the fluidized bed chamber and is removed from the furnace using screw unloaders. The smallest unburned fuel particles and unburned combustible gases are burned in the afterburner.

Недостатком данного изобретения является горение в слое инертного материала. Реализация процесса в таком режиме приводит к образованию огромного количество токсичных веществ в отходящих газах, что, как следствие, ведет к необходимости создания сложных и дорогих систем очистки. Кроме того, применение инертного материала обуславливает реализацию процесса в области высоких температур (не менее 800-1000 °C), что обуславливает большую материалоемкость конструкций, а также повышенные требования к самим материалам.The disadvantage of this invention is combustion in a layer of inert material. Implementation of the process in this mode leads to the formation of a huge amount of toxic substances in the exhaust gases, which, as a consequence, leads to the need to create complex and expensive purification systems. In addition, the use of an inert material determines the implementation of the process in the region of high temperatures (at least 800-1000 ° C), which leads to a large material consumption of structures, as well as increased requirements for the materials themselves.

Известен способ переработки осадков сточных вод, содержащих органические вещества (патент RU № 2568978), в котором обезвоженный осадок высушивают до влажности 1-2% в верхней части дополнительного реактора при контакте с псевдоожиженным слоем смеси дисперсных частиц катализатора и инертного материала при температуре 100-200°C. После отделения от парогазовой смеси около 60% осадка с влажностью 1-2% обрабатывают при температуре 700-750°C в нижней части реактора в псевдоожиженном слое смеси дисперсных частиц катализатора и инертного материала, организованном последовательно неподвижной насадкой и решеткой с параметрами ячеек, обеспечивающими градиент температур между непрерывным псевдоожиженным слоем над решеткой и под решеткой 500-550°C. Термообработку оставшейся части осадка проводят в основном реакторе при температуре 500-750°C в организованном неподвижной насадкой псевдоожиженном слое смеси дисперсных частиц катализатора и инертного материала.A known method of processing wastewater sludge containing organic substances (patent RU No. 2568978), in which the dewatered sludge is dried to a moisture content of 1-2% in the upper part of the additional reactor in contact with a fluidized bed of a mixture of dispersed catalyst particles and inert material at a temperature of 100-200 ° C. After separation from the vapor-gas mixture, about 60% of the sediment with a moisture content of 1-2% is treated at a temperature of 700-750 ° C in the lower part of the reactor in a fluidized bed of a mixture of dispersed particles of catalyst and inert material, organized sequentially by a stationary nozzle and a grid with cell parameters providing a gradient temperatures between the continuous fluidized bed above the grate and under the grate 500-550 ° C. Heat treatment of the rest of the precipitate is carried out in the main reactor at a temperature of 500-750 ° C in a fluidized bed of a mixture of dispersed catalyst particles and an inert material organized by a fixed packing.

Недостатком данного изобретения является наличие дополнительной стадии предварительной сушки, что приводит к усложнению технологической цепочки, существенно большим энергозатратам и сложности контроля каждой стадии процесса. Кроме того, в качестве инертного материала слоя в рассмотренных способах применяется речной песок. Речной песок и частицы катализатора не являются полностью однородной смесью, а также обладают разными прочностными характеристиками, что приводит к возможности появления неоднородностей распределения катализатора по слою, а также к более высокой скорости истирания.The disadvantage of this invention is the presence of an additional stage of preliminary drying, which leads to a complication of the technological chain, significantly higher energy consumption and complexity of control of each stage of the process. In addition, river sand is used as an inert layer material in the considered methods. River sand and catalyst particles are not a completely homogeneous mixture, and also have different strength characteristics, which leads to the possibility of the appearance of inhomogeneities in the distribution of the catalyst over the bed, as well as to a higher attrition rate.

Наиболее близким техническим решением является установка, описанная в статье «Опыт эксплуатации водогрейных котлов с каталитическим сжиганием жидкого и твердого топлива в псевдоожиженном слое.», авторы: А. Д. Симонов, Н.А. Языков, А.С. Афлятунов, И.А. Федоров, В.А. Яковлев, В.Н. Пармон; журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2014. №19(159). С.70-85. Установка включает три реакторных блока, систему подачи твёрдого топлива со шнековым дозатором, устройство подачи жидкого топлива, систему розжига на жидком топливе, ротационно-поршневой компрессор для подачи воздуха для ожижения слоя катализатора и окисления топлива, экономайзер, систему очистки дымовых газов от пыли (циклон и рукавный фильтр). Дымовые газы после циклонов и фильтров сбрасывают в общую дымовую трубу. Из циклонов и фильтров уловленная зола попадает в трубный конвейер, по которому подаётся в бункер-накопитель. The closest technical solution is the installation described in the article "Experience of operation of hot water boilers with catalytic combustion of liquid and solid fuel in a fluidized bed.", Authors: A.D.Simonov, N.А. Yazykov, A.S. Aflyatunov, I.A. Fedorov, V.A. Yakovlev, V.N. Parmon; journal "Alternative Energy and Ecology". 2014. No. 19 (159). S.70-85. The installation includes three reactor blocks, a solid fuel supply system with a screw feeder, a liquid fuel supply device, a liquid fuel ignition system, a rotary piston compressor for air supply to liquefy the catalyst bed and fuel oxidation, an economizer, a system for cleaning flue gases from dust (cyclone and bag filter). Flue gases after cyclones and filters are discharged into a common chimney. From cyclones and filters, the captured ash enters the pipe conveyor, through which it is fed to the storage hopper.

Недостатками данного изобретения являются большие габариты теплогенератора и высокий расход электроэнергии; при сжигании топлив с высоким содержанием общей влаги, за счет увеличения скорости газов по сечению аппарата при образовании дополнительно паров воды, увеличивается вынос частиц катализатора, что приводит к увеличению расхода катализатора. Кроме того, отсутствует возможности подачи в осадок воды. Поскольку осадок представляет собой неоднородную массу, то может возникнуть ситуация, при которой влажность осадка будет ниже рабочего значения (75 %), что приведет к разогреву слоя. В рассмотренном изобретении охлаждение слоя осуществляется путем слива его части из реактора, что является неоптимальным и затратным. Кроме того, в рассмотренной установке отсутствует узел осаждения пара (мокрый скруббер), что приводит к повышенному уровню выбросов пара в атмосферу. The disadvantages of this invention are the large dimensions of the heat generator and high power consumption; when burning fuels with a high total moisture content, due to an increase in the velocity of gases over the cross section of the apparatus with the formation of additional water vapor, the removal of catalyst particles increases, which leads to an increase in the catalyst consumption. In addition, there is no possibility of feeding water into the sediment. Since the sediment is an inhomogeneous mass, a situation may arise in which the moisture content of the sediment will be lower than the operating value (75%), which will lead to the heating of the layer. In the considered invention, the cooling of the layer is carried out by draining part of it from the reactor, which is suboptimal and costly. In addition, the considered installation does not have a vapor deposition unit (wet scrubber), which leads to an increased level of vapor emissions into the atmosphere.

Задачей заявляемой группы изобретений является разработка способа и установки для утилизации иловых осадков сточных вод, эффективно использующей тепло при сжигании осадков, с обеспечением экологической безопасности отходящих дымовых газов, позволяющей проводить процесс в непрерывном режиме и позволяющей уменьшить расход катализатора полного окисления.The task of the claimed group of inventions is the development of a method and installation for the disposal of sludge wastewater, efficiently using heat when incinerating the sludge, ensuring the environmental safety of flue gases, allowing the process to be carried out in a continuous mode and allowing to reduce the consumption of the catalyst for complete oxidation.

Техническим результатом заявляемой группы изобретений является:The technical result of the claimed group of inventions is:

1. Равномерность кипения слоя;1. Uniform layer boiling;

2. Обеспечение вывода крупных включений, образованных при сжигании иловых осадков сточных вод из зоны кипящего слоя с дальнейшим удалением из реактора без его остановки; 2. Ensuring the withdrawal of large inclusions formed during the combustion of sludge wastewater from the fluidized bed zone with further removal from the reactor without shutting it down;

3. Уменьшение выноса материала и катализатора, их налипания на отбойник при работе без изменений перепада давления на устройстве отбойника. 3. Reducing the carryover of material and catalyst, their adhesion to the baffle during operation without changing the pressure drop across the baffle device.

4. Использование высоко активного катализатора глубокого окисления влияет на степень выгорания иловых осадков коммунальных очистных сооружений в процессе их сжигания и концентрацию вредных веществ в отходящих газах.4. The use of a highly active catalyst for deep oxidation affects the degree of burnout of sludge sediments of municipal wastewater treatment plants during their incineration and the concentration of harmful substances in waste gases.

5. Эффективное осаждение пара и нейтрализация кислых газов, осуществляющиеся в одном устройстве – мокром вихревом скруббере.5. Effective vapor deposition and acid gas neutralization carried out in one device - a wet vortex scrubber.

Технический результат достигается конструкциями отбойника и воздухораспределительного устройства в реакторе и включением в состав установки мокрого вихревого скруббера, а так же способом сжигания иловых осадков в присутствии катализатора глубокого окисления CO и органических веществ, содержащего в качестве носителя оксид алюминия в количестве не более 50 мас.%, а в качестве активного компонента Fe2O3 в количестве 48-75 мас.%, а также CuO и/или Mn2O3 и/или Co2O3 и/или Cr2O3 в количестве 2-10 мас.%. The technical result is achieved by the design of the baffle and the air distribution device in the reactor and the inclusion of a wet vortex scrubber in the installation, as well as by the method of burning sludge in the presence of a catalyst for deep oxidation of CO and organic substances containing alumina as a carrier in an amount of not more than 50 wt% , and as an active component Fe 2 O 3 in an amount of 48-75 wt.%, as well as CuO and / or Mn 2 O 3 and / or Co 2 O 3 and / or Cr 2 O 3 in an amount of 2-10 wt. %.

Отбойник расположен в верхней части корпуса реактора под крышкой с трубой вывода дымовых газов. Отбойник выполнен в форме полого усечённого конуса, при этом усечённый конус закреплён на корпусе реактора вниз основанием с меньшим диаметром, в котором закреплён пирамидальный четырёхгранный наконечник вершиной вниз с диагональю основания большей, чем диаметр меньшего основания усечённого конуса отбойника, таким образом, что между плоскостью основания наконечника и плоскостью меньшего основания усечённого конуса отбойника образованы зазоры. Основание конуса отбойника большего диаметра на 40% больше диаметра трубы вывода дымовых газов. Конструкция отбойника внутри реактора обеспечивает уменьшение выноса материала и катализатора, и их налипания на отбойник. The baffle is located in the upper part of the reactor vessel under the cover with the flue gas outlet pipe. The baffle is made in the form of a hollow truncated cone, while the truncated cone is fixed to the reactor vessel downward by a base with a smaller diameter, in which a pyramidal four-sided tip is fixed with its apex downward with a base diagonal greater than the diameter of the smaller base of the truncated cone of the baffle, so that between the base plane gaps are formed by the plane of the smaller base of the truncated cone of the bumper. The base of the baffle cone with a larger diameter is 40% larger than the diameter of the flue gas outlet. The design of the baffle inside the reactor reduces the carryover of material and catalyst and their adhesion to the baffle.

В нижней части корпуса реактора между патрубком удаления катализатора и зоной выгрузки несгоревших компонентов осадка со шнековым разгрузчиком расположено воздухораспределительное устройство. Воздухораспределительное устройство состоит из двух внешних распределительных коллекторов, расположенных в одной плоскости и параллельно друг другу у диаметрально противоположных стенок корпуса, с отходящими от каждого коллектора через колена по три трубы круглого сечения с перфорайионными отверстиями в нижней части стенки, каждая из которых вварена в корпус реактора и свободный заваренный конец каждой из них вставлен в стакан, вваренный снаружи в корпус реактора с противоположной от колена стороны. Все перфорированные трубы расположены параллельно в одной плоскости и между ними имеются зазоры для пропуска золы. Перфорированная часть труб находится внутри корпуса реактора, а общая площадь перфорационных отверстий в трубах составляет 2,5 % от площади сечения нижней части корпуса реактора. Конструкция воздухораспределительного устройства обеспечивает равномерность кипения в сепарационной зоне и зоне окисления реактора, минимизирует налипание золы на воздухораспределитель, через зазоры между трубами воздухораспределителя крупные частицы несгоревших копонентов илового осадка и катализатор попадают в зону выгрузки в основании корпуса реактора, где расположен разгрузочный шнек для выгрузки крупных несгораемых компонентов иловых осадков сточных вод (ОСВ) с дальнейшим удалением из реактора без его остановки.An air distribution device is located in the lower part of the reactor vessel between the catalyst removal branch pipe and the area for unburnt sludge components with a screw unloader. The air distribution device consists of two external distribution headers located in the same plane and parallel to each other at diametrically opposite walls of the casing, with three round tubes with perforation holes in the lower part of the wall extending from each header through the bends, each of which is welded into the reactor vessel and the free welded end of each of them is inserted into a glass welded from the outside into the reactor vessel from the side opposite from the knee. All perforated pipes are located parallel in the same plane and there are gaps between them for the passage of ash. The perforated part of the tubes is located inside the reactor vessel, and the total area of the perforations in the tubes is 2.5% of the cross-sectional area of the lower part of the reactor vessel. The design of the air distribution device ensures uniform boiling in the separation zone and the oxidation zone of the reactor, minimizes the adhesion of ash to the air distributor, through the gaps between the air distributor pipes large particles of unburned sludge components and the catalyst enter the discharge zone at the base of the reactor vessel, where the discharge screw is located for unloading large non-combustible components of sewage sludge (WWS) with further removal from the reactor without stopping it.

Расположенный после рукавного фильтра скруббер значительно конденсирует (осаждает) воду из парогазовой смеси и нейтрализует кислые газы щелочной обработкой. Скруббер решает задачу захолаживания до приемлемой температуры и удаления избытка паров воды из дымовых газов после процессов сжигания углеродсодержащего топлива или органических соединений перед выбросом их в атмосферу. Основным кислым оксидом в составе отходящих газов после реактора является диоксид серы SO2. Данный оксид образуется из серы, содержавшейся в кеке – иловом осадке сточных вод, при окислении кислородом в кипящем слое катализатора. Для нейтрализации образующихся в растворе равновесных форм сернистой кислоты, в воду скруббера добавляется щелочной агент (NaOH или Na2CO3). The scrubber located after the bag filter significantly condenses (precipitates) water from the steam-gas mixture and neutralizes acid gases by alkaline treatment. The scrubber solves the problem of cooling down to an acceptable temperature and removing excess water vapor from flue gases after combustion of carbon-containing fuel or organic compounds before their release into the atmosphere. The main acidic oxide in the composition of the exhaust gases after the reactor is sulfur dioxide SO 2 . This oxide is formed from the sulfur contained in the cake - sludge of waste water, during oxidation with oxygen in a fluidized bed of catalyst. To neutralize the equilibrium forms of sulfurous acid formed in the solution, an alkaline agent (NaOH or Na 2 CO 3 ) is added to the scrubber water.

Утилизацию (сжигание) осуществляют в присутствии катализатора глубокого окисления CO и органических веществ, содержащего в качестве носителя оксид алюминия в количестве не более 50 мас.%, а в качестве активного компонента Fe2O3 в количестве 48-75 мас.%, а также CuO и/или Mn2O3 и/или Co2O3 и/или Cr2O3 в количестве 2-10 мас.%; термообработку проводят путем непрерывной подачи осадка в реактор, разогретый до температуры 750 °C, в который одновременно подается воздух, необходимый для поддержания режима псевдоожижения и окисления органической части осадка и доокисления образующегося при горении CO. При этом, коэффициент избытка воздуха близок к стехиометрическому (1 < α ≤ 1,2).Utilization (combustion) is carried out in the presence of a catalyst for deep oxidation of CO and organic substances containing alumina as a carrier in an amount of not more than 50 wt%, and as an active component Fe 2 O 3 in an amount of 48-75 wt%, as well as CuO and / or Mn 2 O 3 and / or Co 2 O 3 and / or Cr 2 O 3 in an amount of 2-10 wt.%; heat treatment is carried out by continuously feeding the sludge into a reactor heated to a temperature of 750 ° C, which is simultaneously supplied with air necessary to maintain the regime of fluidization and oxidation of the organic part of the sludge and additional oxidation of CO formed during combustion. At the same time, the excess air ratio is close to stoichiometric (1 <α ≤ 1.2).

В качестве меры каталитической активности катализаторов в процессе сжигания иловых осадков коммунальных очистных сооружений была выбрана степень выгорания илового осадка в процессе сжигания, составляющая 98,1 - 99,3 %. As a measure of the catalytic activity of catalysts in the process of burning sludge from municipal wastewater treatment plants, the degree of sludge burnout in the process of incineration, which is 98.1 - 99.3%, was chosen.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1, 2, 3, 4, 5.The essence of the invention is illustrated by figures 1, 2, 3, 4, 5.

Фиг. 1. Схема становки термокаталитического окисления иловых осадков сточных вод.FIG. 1. Scheme of the installation of thermocatalytic oxidation of sewage sludge.

Фиг. 2. Схематическое изображение каталитического реактора.FIG. 2. Schematic representation of a catalytic reactor.

Фиг. 3. Изображение воздухораспределительного устройства реактораFIG. 3. Picture of the air distribution device of the reactor

Фиг. 4. Изображение отбойника (продольное сечение)FIG. 4. Image of the bump stop (longitudinal section)

Фиг. 5. Изображение отбойника (поперечное сечение)FIG. 5. Image of the bumper (cross-section)

Установка для каталитического сжигания иловых осадков сточных вод (Фиг.1) включает последовательно соединённые с каталитическим реактором 25 линией подвода воздуха – воздуходувку 34 и теплогенератор 33, а линией отвода газа – рекуператор 26, экономайзер 27, рукавный фильтр 28, мокрый вихревой скруббер 29, высоконапорный вентилятор (дымосос) 30 и дымовую трубу 31, а также включает систему подачи твёрдого топлива (расходный бункер со шнековым дозатором) 35, бункер выгрузки несгораемых компонентов осадков сточных вод 32.The installation for catalytic combustion of sewage sludge (Fig. 1) includes a blower 34 and a heat generator 33 connected in series with a catalytic reactor 25, and a recuperator 26, an economizer 27, a bag filter 28, a wet vortex scrubber 29, a gas outlet line, high-pressure fan (smoke exhauster) 30 and chimney 31, and also includes a solid fuel supply system (supply hopper with auger dispenser) 35, a hopper for unloading incombustible components of sewage sludge 32.

Каталитический реактор (Фиг.2) представляет собой вертикальный корпус 1, при этом диаметр реактора в нижней части равен 1.70 м, в средней части – 2,18 м, в верхней части -2,80 м., высота внутренней полости реактора -4,0 м. The catalytic reactor (Fig. 2) is a vertical body 1, while the diameter of the reactor in the lower part is equal to 1.70 m, in the middle part - 2.18 m, in the upper part - 2.80 m., The height of the internal cavity of the reactor is -4, 0 m.

В верхней части корпуса реактора 1 расположен патрубок подачи катализатора 2 и отбойник 10 под крышкой 8 с трубой вывода дымовых газов 9, выполненный в форме полого усечённого конуса. В средней части внутри корпуса реактора 1 расположена организующая насадка 7 для уменьшения неоднородности псевдоожиженного слоя, т.е. разрушения крупных газовых пузырей в реакторе. В нижней части корпуса расположены два патрубка ввода илового осадка 4, и два патрубка шнековой подачи угля 3 и патрубок удаления катализатора 6. Подача илового осадка (кека) в реактор осуществляется через два диаметрально противоположных патрубка 4, при этом они снабжены патрубками дозирования воды 5, что позволяет эффективно контролировать перегревы в реакторе, которые могут происходить из-за неоднородности состава осадка. Между патрубком удаления катализатора 6 и зоной выгрузки 24 несгораемых компонентов осадков с патрубком для разгрузочного шнека 18, выход из которого снабжен шиберной задвижкой 19, расположено воздухораспределительное устройство 12. Воздухораспределительное устройство 12 включает (Фиг.3) два распределительных коллектора 13, колена 14 и трубы 15 с перфорационными отверстиями 16 в нижних стенках труб, открытые концы труб вставлены в стаканы 17. In the upper part of the reactor vessel 1 there is a catalyst supply pipe 2 and a baffle 10 under the cover 8 with a flue gas outlet pipe 9, made in the form of a hollow truncated cone. In the middle part inside the reactor vessel 1 there is an organizing nozzle 7 to reduce the heterogeneity of the fluidized bed, i. E. destruction of large gas bubbles in the reactor. In the lower part of the casing there are two sludge sludge inlet pipes 4, and two coal auger feed pipes 3 and a catalyst removal pipe 6. The sludge cake (cake) is fed into the reactor through two diametrically opposite pipes 4, while they are equipped with water metering pipes 5, which makes it possible to effectively control overheating in the reactor, which can occur due to the inhomogeneity of the sediment composition. Between the catalyst removal branch pipe 6 and the discharge zone 24 of incombustible sludge components with a branch pipe for the unloading auger 18, the outlet from which is provided with a gate valve 19, there is an air distribution device 12. The air distribution device 12 includes (Fig. 3) two distribution manifolds 13, elbows 14 and pipes 15 with perforations 16 in the lower walls of the pipes, the open ends of the pipes are inserted into the nozzles 17.

Отбойник, представленный на Фиг.4 и 5, включает корпус в форме усечённого конуса 10 и пирамидальный четырёхгранный наконечник 11. The baffle shown in Figs. 4 and 5 includes a truncated cone-shaped body 10 and a pyramidal tetrahedral tip 11.

На Фиг. 2 обозначены: граница сепарационной зоны 21 каталитического реактора, зона окисления, ввода угля, ввода илового осадка 22, зона распределения воздуха 23 и зона выгрузки несгораемых компонентов иловых осадков 24. FIG. 2 marked: the boundary of the separation zone 21 of the catalytic reactor, the zone of oxidation, coal injection, input of sludge 22, the air distribution zone 23 and the zone of unloading non-combustible components of the sludge 24.

Установка работает следующим образом. В пустой реактор 25 (Фиг.1) засыпают 2,5 м3 катализатора через патрубок 2 (Фиг.2). Включают высоконапорный вентилятор 30, воздуходувку 34., включают циркуляцию воды в экономайзере 27, включают теплогенератор ТГ 33 (Фиг.1). Дымовые газы, которые образуются в теплогенераторе ТГ при факельном сжигании дизельного топлива, смешиваются с воздухом и при температуре около 700 °С, которая устанавливается за счет регулирования потока воздуха из воздуходувки, и подаются через воздухораспределительное устройство 12 (Фиг.2, 3) в реактор. Равномерность распределения воздуха в зоне 23 и в зоне окисления 22 реактора (Фиг.2) обеспечивается поступлением воздуха через два коллектора 13 и отверстия 16 в нижней части стенки воздухораспределительных труб 15 (Фиг.3). При этом происходит изменение потока воздуха с горизонтального направления на вертикальное и его равномерное распределение по зоне окисления 22 реактора. Для обеспечения равномерного псевдоожижения слоя катализатора и исключения попадания частиц катализатора в газоподводящий трубопровод площадь отверстий в перфорированных трубах составляет 2,5 %, что соответствует скорости истечения газа из отверстий на уровне 24м/с. Предложенная конструкция газораспределения обеспечивает более однородное псевдоожижение слоя. Перфорация нижних частей стенок труб обеспечивает отсутствие засорения воздухораспределителя. Для обеспечения свободного теплового расширения перфорированных труб 15, их свободные концы с зазором вставлены в стаканы 17, стаканы снаружи вварены в корпус реактора 1, их наружное расположение позволяет максимально использовать площадь нижнего сечения реактора.The installation works as follows. In an empty reactor 25 (Fig. 1), 2.5 m 3 of catalyst is poured through the pipe 2 (Fig. 2). They include a high-pressure fan 30, a blower 34., turn on the circulation of water in the economizer 27, turn on the heat generator TG 33 (Fig. 1). The flue gases that are formed in the TG heat generator during the flare combustion of diesel fuel are mixed with air and at a temperature of about 700 ° C, which is set by regulating the air flow from the blower, and fed through the air distributor 12 (Fig. 2, 3) into the reactor ... The uniformity of air distribution in the zone 23 and in the oxidation zone 22 of the reactor (Fig. 2) is ensured by the flow of air through two collectors 13 and holes 16 in the lower part of the wall of the air distribution pipes 15 (Fig. 3). In this case, the air flow changes from a horizontal direction to a vertical one and its uniform distribution over the oxidation zone 22 of the reactor. To ensure uniform fluidization of the catalyst bed and to prevent catalyst particles from entering the gas supply pipeline, the area of the holes in the perforated pipes is 2.5%, which corresponds to the rate of gas outflow from the holes at the level of 24 m / s. The proposed gas distribution design provides a more uniform fluidization of the bed. The perforation of the lower parts of the pipe walls ensures that the air diffuser is not clogged. To ensure free thermal expansion of the perforated pipes 15, their free ends with a gap are inserted into the nozzles 17, the nozzles are welded from the outside into the reactor vessel 1, their outer location allows maximum use of the lower section of the reactor.

Нагретые дымовые газы пропускаются через слой катализатора. После нагрева слоя катализатора до температуры 350-400 °С в него добавляют необходимое дополнительное количество воздуха (до 8500нм3/ч с давлением до 40КПа). При этом слой катализатора приводится в псевдоожиженное состояние и одновременно из бункеров 35 (Фиг.1) небольшим расходом начинают подавать в реактор 25 дробленый уголь шнековыми дозаторами через патрубки 3, контролируя подъем температуры в слое до 600-700℃. При фиксировании устойчивого подъема температуры увеличением расхода угля, доводят температуру в слое до 750 °С: в реактор постепенно добавляется катализатор, через патрубок 2, до общего объема катализатора в 9м3, одновременно с этим постепенно увеличивают подачу угля и отключают подачу горячего воздуха с поддержанием температуры 750 °С. Дополнительную равномерность потока воздуха внутри реактора обеспечивают организующей насадкой 7 (Фиг.2), она служит для уменьшения неоднородности псевдоожиженного слоя, т.е. разрушения крупных газовых пузырей в реакторе. Затем отключают теплогенератор 33. После прогрева катализатора в реактор подается иловый осадока сточных вод (ОСВ) влажностью 73-75% через два диаметрально противоположных патрубка (4), вход которых расположен в нижней части реактора в зоне окисления, ввода угля, ввода илового осадка 22. (Фиг.2). Патрубки подачи илового осадка 4 в реакторе снабжены патрубками дозирования воды 5, что позволяет эффективно контролировать перегревы в реакторе, которые могут происходить из-за неоднородности состава осадка. Постепенно увеличивают расход ОСВ и контролируют температуру в зоне окисления, ввода угля, ввода илового осадка. По мере повышения температуры уменьшают расход дробленого угля. При выходе на номинальный расход ОСВ (по влажному осадку 6т/ч ), температура в зоне окисления, ввода угля, ввода илового осадка 22 поддерживают на уровне 750 °С. При полном прекращении подачи дополнительного топлива и дальнейшем повышении температуры слоя выше требуемой (750°C) для термообработки осадка, в патрубок подачи илового осадка 4 через патрубок 5 подают воду. The heated flue gases are passed through the catalyst bed. After heating the catalyst layer to a temperature of 350-400 ° C, the required additional amount of air is added to it (up to 8500 nm 3 / h with a pressure of up to 40 KPa). In this case, the catalyst bed is brought into a fluidized state, and at the same time, from the bunkers 35 (Fig. 1), at a small flow rate, crushed coal is fed into the reactor 25 with screw feeders through the nozzles 3, controlling the temperature rise in the bed to 600-700 ℃. When fixing a steady rise in temperature by increasing the consumption of coal, the temperature in the layer is brought to 750 ° C: the catalyst is gradually added to the reactor, through the pipe 2, to the total volume of the catalyst in 9m 3 , at the same time, the coal supply is gradually increased and the hot air is turned off while maintaining temperature 750 ° C. Additional uniformity of the air flow inside the reactor is provided by the organizing nozzle 7 (Fig. 2), it serves to reduce the heterogeneity of the fluidized bed, i.e. destruction of large gas bubbles in the reactor. Then the heat generator 33 is turned off. After the catalyst has been heated up, sewage sludge (WWS) with a moisture content of 73-75% is fed into the reactor through two diametrically opposite pipes (4), the inlet of which is located in the lower part of the reactor in the oxidation zone, coal input, sludge input 22 . (Fig. 2). Sludge sludge supply pipes 4 in the reactor are equipped with water metering pipes 5, which makes it possible to effectively control overheating in the reactor, which can occur due to the inhomogeneity of the sludge composition. Gradually increase the consumption of WWS and control the temperature in the oxidation zone, coal input, sludge input. As the temperature rises, the consumption of crushed coal is reduced. Upon reaching the nominal WWS flow rate (wet sediment 6 t / h), the temperature in the oxidation zone, coal input, sludge input 22 is maintained at 750 ° C. With the complete cessation of the supply of additional fuel and a further increase in the bed temperature above the required (750 ° C) for heat treatment of the sludge, water is supplied to the sludge supply pipe 4 through the pipe 5.

После отключения теплогенератора 33, воздух подают через рекуператор 26 по межтрубному пространству. Нагрев воздуха происходит за счет отбора тепла от отходящих дымовых газов реактора 25. After turning off the heat generator 33, air is supplied through the recuperator 26 through the annular space. Air heating occurs due to the extraction of heat from the exhaust flue gases of the reactor 25.

При понижении температуры ниже номинальной 750 °С, что связано с увеличением влажности ОСВ более 75%, включают систему подачи дробленого угля 35 на минимальной производительности шнековых дозаторов, температура в слое доводят до номинальной 750 °С увеличением производительности шнековых дозаторов и тем самым расхода дробленого угля. When the temperature drops below the nominal 750 ° C, which is associated with an increase in the WWS humidity of more than 75%, the crushed coal supply system 35 is switched on at the minimum productivity of the screw feeders, the temperature in the layer is brought to the nominal 750 ° C by increasing the productivity of the screw feeders and thereby the consumption of crushed coal ...

При повышении температуры в слое выше 750°С, т.е. при снижении влажности ОСВ ниже 73- 75%, уменьшается объем воздуха, проходящий через рекуператор 26, при этом увеличивается объем воздуха, идущий напрямую из воздуходувки 34 в реактор 25 при сохранении общего расхода воздуха равному 8273- 8300 м3/ч. При этом происходит снижение температуры воздуха и тем самым снижение температуры в слое реактора 25. В пределе весь воздух проходит, минуя рекуператор 26. При последующем снижении влажности ОСВ и дальнейшем повышении температуры в слое включается подача воды через патрубки 5 начиная с минимального расхода до максимального. При достижении максимального расхода воды и сохранении тенденции на рост температуры в слое, уменьшается расход подаваемого в реактор ОСВ. When the temperature in the layer rises above 750 ° C, i.e. with a decrease in the WWS humidity below 73-75%, the volume of air passing through the recuperator 26 decreases, while the volume of air going directly from the blower 34 to the reactor 25 increases while maintaining the total air flow rate equal to 8273-8300 m 3 / h. In this case, the air temperature decreases and thereby the temperature in the reactor layer 25 decreases. In the limit, all air passes bypassing the recuperator 26. With a subsequent decrease in the WWS humidity and a further increase in the temperature in the layer, the water supply is switched on through the pipes 5 starting from the minimum flow rate to the maximum. When the maximum flow rate of water is reached and the tendency for an increase in temperature in the bed is maintained, the flow rate of the WWS fed to the reactor decreases.

При уменьшении высоты слоя катализатора за счет истирания катализатора происходит дозагрузка катализатора до рабочего уровня без остановки реактора. With a decrease in the height of the catalyst bed due to abrasion of the catalyst, the catalyst is added to the operating level without stopping the reactor.

Через зазоры между трубами 15 воздухораспределителя 12 крупные несгораемые компоненты осадков сточных вод попадают в зону выгрузки 24 (Фиг.2) в основании корпуса реактора 1, где расположен разгрузочный шнек 18 для выгрузки несгораемых компонентов осадков сточных вод. Периодически осуществляют выгрузку несгораемых крупных включений илового осадка сточных вод шнеком 18, через зону выгрузки несгораемых включений 24 (Фиг.2) расположенную в основании реактора. Выгрузка происходит без остановки реактора. Through the gaps between the pipes 15 of the air distributor 12, large non-combustible components of sewage sludge enter the unloading zone 24 (Fig. 2) at the base of the reactor vessel 1, where the unloading auger 18 is located for unloading the incombustible components of sewage sludge. Periodically carry out the unloading of large incombustible inclusions of sludge of sewage by a screw 18, through the unloading zone of incombustible inclusions 24 (Fig. 2) located at the base of the reactor. Unloading takes place without stopping the reactor.

Для уменьшения явления уноса катализатора из реактора вместе с образующимися в результате горения ОСВ дымовыми газами в сепарационной зоне 21 установлен отбойник 10 (Фиг. 4, 5). Образующиеся в результате горения осадка дымовые газы с частицами катализатора в сепарационной зоне 21 сталкиваются с отбойником 10 в форме усечённого конуса с пирамидальным четырёхгранным наконечником 11. Отбойник 10 закреплён на корпусе 1 реактора под трубой вывода дымовых газов 9 вниз основанием с меньшим диаметром, в котором закреплён пирамидальный четырёхгранный наконечник 11 вершиной вниз с диагональю основания большей, чем диаметр меньшего основания усечённого конуса отбойника. Конструкция отбойника обеспечивает равномерное распределение потока по сечению реактора и отсутствие аэродинамических затруднений. Твердые частицы катализатора и частицы золы отбиваются и возвращаются в сепарационную зону 21 – слой кипения, где догорают, или через зазоры перфорированных труб 15 воздухорапределителя 12 попадают в зону выгрузки несгораемых компонентов 24. Попавшие в полость конуса отбойника мелкие частицы катализатора или золы ссыпаются через зазоры, образованные плоскостью основания наконечника и плоскостью меньшего основания усечённого конуса отбойника. Остальной пылегазовый поток через трубу вывода дымовых газов 9, расположенную в крышке 8, покидает реактор и направляется на последующие стадии технологической цепочки процесса.To reduce the phenomenon of catalyst carryover from the reactor together with the flue gases formed as a result of WWS combustion, a baffle 10 is installed in the separation zone 21 (Figs. 4, 5). Flue gases with catalyst particles formed as a result of sludge combustion in the separation zone 21 collide with a baffle 10 in the form of a truncated cone with a pyramidal four-sided tip 11. Baffle 10 is fixed on the reactor vessel 1 under the flue gas outlet pipe 9 downward with a base with a smaller diameter, in which a pyramidal four-sided tip 11 is fixed with its top downward with a larger diagonal of the base than the diameter of the smaller base of the truncated cone of the bumper. The design of the baffle ensures a uniform distribution of the flow over the cross section of the reactor and the absence of aerodynamic hindrances. Solid catalyst particles and ash particles are beaten off and returned to the separation zone 21 - the boiling layer, where they burn out, or through the gaps of the perforated pipes 15 of the air diffuser 12 fall into the discharge zone of non-combustible components 24. Small particles of catalyst or ash that have fallen into the cavity of the baffle cone are poured through the gaps, formed by the plane of the base of the tip and the plane of the smaller base of the truncated cone of the bumper. The rest of the dust and gas flow through the flue gas outlet pipe 9 located in the cover 8 leaves the reactor and is directed to the subsequent stages of the process chain.

Дымовые газы с температурой

Figure 00000001
750 °С от реактора 25 поступают в рекуператор 26, где охлаждаются до температуры 660 °С. Воздух, проходящий через рекуператор 26 нагревается до расчетной температуры 239 °С. Дымовые газы из рекуператора 26 поступают в трубное пространство экономайзера 27, где охлаждаются водой, циркулирующей по межтрубному пространству до температуры 185-200°С, затем поступают на очистку в рукавный фильтр 28. В рукавном фильтре 28 дымовые газы очищаются от механической взвеси. Очищенные дымовые газы поступают в скруббер 29 (Фиг.1), в котором происходит "осаждение" пара, содержащегося в дымовых газах, в количестве 3,5 т/ч, а также улавливание кислотных оксидов за счет связывания с щелочным агентом, дополнительно подающимся в воду скруббера 29. Парогазовая смесь в составе: дымовые газы не менее 11600 кг/ч, зола 0,9 кг/ч и водяной пар не менее 4500 кг/ч с температурой 185-200 °С, а так же вода на орошение в количестве не менее 240 м3/ч с температурой 25-30 °С подаются в скруббер в горизонтальном направлении. Такие условия обеспечивают охлаждение парогазовой смеси до температуры 60-70 °С, при этом из охлажденной парогазовой смеси конденсируется не менее 3500 кг/ч водяного пара, а температура воды, вытекающей из скруббера, на 10-20 °С выше температуры воды, подаваемой на орошение. Flue gases with temperature
Figure 00000001
750 ° C from the reactor 25 enter the recuperator 26, where it is cooled to a temperature of 660 ° C. The air passing through the recuperator 26 is heated to a design temperature of 239 ° C. The flue gases from the recuperator 26 enter the tube space of the economizer 27, where they are cooled with water circulating through the annular space to a temperature of 185-200 ° C, then they enter the bag filter 28 for cleaning. In the bag filter 28, the flue gases are cleaned of mechanical suspension. The cleaned flue gases enter the scrubber 29 (Fig. 1), in which the vapor contained in the flue gases is "precipitated" in an amount of 3.5 t / h, as well as the capture of acid oxides by binding with an alkaline agent, which is additionally fed to scrubber water 29. Steam-gas mixture consisting of: flue gases at least 11,600 kg / h, ash 0.9 kg / h and water vapor at least 4500 kg / h with a temperature of 185-200 ° C, as well as water for irrigation in an amount not less than 240 m3 / h with a temperature of 25-30 ° С are fed into the scrubber in the horizontal direction. Such conditions ensure the cooling of the vapor-gas mixture to a temperature of 60-70 ° C, while at least 3500 kg / h of water vapor condenses from the cooled vapor-gas mixture, and the temperature of the water flowing out of the scrubber is 10-20 ° C higher than the temperature of the water supplied to irrigation.

При этом вода, подаваемая в скруббер, непрерывно дозируется щелочным агентом (NaOH или Na2CO3), обеспечивающим эффективное растворение и связывание кислотных оксидов (в основном SO2), входящих в состав дымовых газов. Исходя из данных химического анализа, содержание серы в горючей массе осадка составляет до 0,8 масс. %. Расход осадка в процессе термокаталитического окисления, рассчитанный по горючей массе составляет 1050 кг/ч, что в пересчете на SO2 составляет 16,8 кг/ч. Золой, образующейся в процессе сжигания осадка улавливается не менее 90 % диоксида (с образованием солей) или не менее 15,12 кг/ч. Таким образом, на скруббер поступает не более 1,68 кг/ч SO2. Исходя из допущений, что весь растворенный диоксид серы переходит в равновесные формы сернистой кислоты, можно рассчитать, что в данном случае, концентрация [H+] будет составлять около 1,08*10-4 моль/л. Следовательно, pH такого раствора будет иметь значение около 4,0.In this case, the water supplied to the scrubber is continuously dosed with an alkaline agent (NaOH or Na2CO3), which ensures effective dissolution and binding of acid oxides (mainly SO2) that are part of the flue gases. Based on the data of chemical analysis, the sulfur content in the combustible mass of the sediment is up to 0.8 wt. %. The sludge consumption in the process of thermocatalytic oxidation, calculated on the basis of the combustible mass, is 1050 kg / h, which in terms of SO2 is 16.8 kg / h. The ash formed during the incineration of the sludge captures at least 90% of the dioxide (with the formation of salts) or at least 15.12 kg / h. Thus, the scrubber receives no more than 1.68 kg / h of SO2. Based on the assumption that all dissolved sulfur dioxide is converted into equilibrium forms of sulfurous acid, it can be calculated that in this case, the concentration of [H +] will be about 1.08 * 10-4 mol / l. Therefore, the pH of such a solution will have a value of about 4.0.

Для нейтрализации такого раствора можно использовать натриевую щелочь (NaOH), в количестве, соответствующем концентрации 1*10-4 моль/л или 24 моль/ч. Следовательно, в воду скруббера необходимо добавлять около 960 г/ч NaOH. При использовании для нейтрализации бикарбоната натрия (Na2CO3), потребуется введение 0,5*10-4 моль/л или 12 моль/ч соли. Это соответствует расходу в 1,272 кг/ч.To neutralize such a solution, sodium alkali (NaOH) can be used, in an amount corresponding to a concentration of 1 * 10-4 mol / l or 24 mol / h. Therefore, about 960 g / h NaOH must be added to the scrubber water. When used to neutralize sodium bicarbonate (Na2CO3), the introduction of 0.5 * 10-4 mol / l or 12 mol / h of salt will be required. This corresponds to a consumption of 1.272 kg / h.

Из скруббера 29 дымовые газы с содержанием пара в количестве 1 т/час по газоходам через высоконапорный вентилятор 30 подаются в дымовую трубу 31. From the scrubber 29, flue gases with a steam content of 1 t / h are fed through the gas ducts through the high-pressure fan 30 into the chimney 31.

Активность используемого катализатора в реакции окисления CO определяют на приборе «Хемосорб» импульсным методом по температуре 50% конверсии CO.The activity of the catalyst used in the CO oxidation reaction is determined on a Chemosorb device by the pulse method at the temperature of 50% CO conversion.

Пример 1Example 1

Гидроксид алюминия типа псевдобемит перемешивают в дистилированной воде с добавлением концентрированной азотной кислоты. Величина кислотного модуля (мольное отношение кислоты к оксиду алюминия) составляет 0.01. Суспензию перемешивают в течение 1 часа. В суспензию добавляют измельченный порошок активного компонента (нанокомпозит, полученный прокаливанием солей нитратов, с поверхностью не менее 10 м2/г, полученный по методике, описанной в работе (Fedorov A.V., Tsapina A.M., Bulavchenko O.A., Saraev A.A., Odegova G.V., Ermakov D.Y., Zubavichus Y.V., Yakovlev V.A., Kaichev V.V., Structure and Chemistry of Cu–Fe–Al Nanocomposite Catalysts for CO Oxidation, Catalysis Letters. 2018.- V.148., N12. - P.3715-3722. DOI: 10.1007/s10562-018-2539-5) с получением пластифицированной массы. Содержание воды в пластифицированной массе составляет 80 мас. %. Капельно формуют в 20 мас. % раствор аммиака через слой углеводородной жидкости. Гранулы сушат на воздухе в течение 24 часов, при 110°С в течение 2 часов и прокаливают при 700 °С в течение 1 часа. Полученный катализатор содержит 3.0 мас. % CuO, 50.0 мас. % Fe2O3 и 47.0 % Al2O3. Aluminum hydroxide of the pseudoboehmite type is stirred in distilled water with the addition of concentrated nitric acid. The acid modulus (molar ratio of acid to aluminum oxide) is 0.01. The suspension is stirred for 1 hour. The suspension was added to the pulverized powder of the active ingredient (nanocomposite obtained by calcination of salts of nitrates, with a surface area of at least 10 m 2 / g, obtained by the method described in (Fedorov AV, Tsapina AM, Bulavchenko OA, Saraev AA, Odegova GV, Ermakov DY , Zubavichus YV, Yakovlev VA, Kaichev VV, Structure and Chemistry of Cu – Fe – Al Nanocomposite Catalysts for CO Oxidation, Catalysis Letters. 2018.- V.148., N12. - P.3715-3722. DOI: 10.1007 / s10562 -018-2539-5) to obtain a plasticized mass. The water content in the plasticized mass is 80 wt.%. Drop molded into a 20 wt.% Ammonia solution through a layer of hydrocarbon liquid. The granules are air-dried for 24 hours at 110 ° C. for 2 hours and calcined at 700 ° C. for 1 hour The resulting catalyst contains 3.0 wt% CuO, 50.0 wt% Fe 2 O 3 and 47.0% Al 2 O 3 .

Температура 50% конверсии CO составляет 215°C. Степень выгорания осадка 98.1 %.The 50% CO conversion temperature is 215 ° C. The degree of sludge burnout is 98.1%.

Пример 2. Example 2.

Аналогичен примеру 1. Полученный катализатор содержит 75.0 мас. % Fe2O3 и 25.0 % Al2O3. Similar to example 1. The resulting catalyst contains 75.0 wt. % Fe 2 O 3 and 25.0% Al 2 O 3 .

Температура 50% конверсии CO составляет 225°C. Степень выгорания осадка 97.5 %The 50% CO conversion temperature is 225 ° C. Sludge burnup rate 97.5%

Пример 3.Example 3.

Аналогичен примеру 1. Полученный катализатор содержит 5.0 мас. % Mn2O3, 60.0 мас. % Fe2O3 и 35.0 % Al2O3. Similar to example 1. The resulting catalyst contains 5.0 wt. % Mn 2 O 3 , 60.0 wt. % Fe 2 O 3 and 35.0% Al 2 O 3 .

Температура 50% конверсии CO составляет 230°C. Степень выгорания осадка 98.5 %The 50% CO conversion temperature is 230 ° C. Sludge burnup 98.5%

Пример 4Example 4

Аналогичен примеру 1. Полученный катализатор содержит 4.5 мас. % Cr2O3, 60.0 мас. % Fe2O3 и 35.5 % Al2O3. Similar to example 1. The resulting catalyst contains 4.5 wt. % Cr 2 O 3 , 60.0 wt. % Fe 2 O 3 and 35.5% Al 2 O 3 .

Температура 50% конверсии CO составляет 230°C. Степень выгорания осадка 98.0 %The 50% CO conversion temperature is 230 ° C. Sludge burnup 98.0%

Пример 5. Аналогичен примеру 1.Example 5. Similar to example 1.

Полученный катализатор содержит 4.0 мас. % Co2O3, 61.0 мас. % Fe2O3 и 35.0 % Al2O3. The resulting catalyst contains 4.0 wt. % Co 2 O 3 , 61.0 wt. % Fe 2 O 3 and 35.0% Al 2 O 3 .

Температура 50% конверсии CO составляет 200 °C. Степень выгорания осадка 98.9 %The 50% CO conversion temperature is 200 ° C. Sludge burnup 98.9%

Пример 6. Аналогичен примеру 1.Example 6. Similar to example 1.

Полученный катализатор содержит 4.0 мас. % Co2O3, 6.0 мас. % CuO, 55.0 мас. % Fe2O3 и 35.0 % Al2O3. The resulting catalyst contains 4.0 wt. % Co 2 O 3 , 6.0 wt. % CuO, 55.0 wt. % Fe 2 O 3 and 35.0% Al 2 O 3 .

Температура 50% конверсии CO составляет 180°C. Степень выгорания осадка 99.6 %The 50% CO conversion temperature is 180 ° C. Sludge burnup 99.6%

Пример 7. Аналогичен примеру 1.Example 7. Similar to example 1.

Полученный катализатор содержит 7.0 мас. % Mn2O3, 3.0 мас. % CuO, 52.0 мас. % Fe2O3 и 38.0 % Al2O3. The resulting catalyst contains 7.0 wt. % Mn 2 O 3 , 3.0 wt. % CuO, 52.0 wt. % Fe 2 O 3 and 38.0% Al 2 O 3 .

Температура 50% конверсии CO составляет 185°C. Степень выгорания осадка 99.3 %The 50% CO conversion temperature is 185 ° C. Sludge burnup 99.3%

Сравнительные характеристики катализаторов глубокого окисления приведены в Таблице.Comparative characteristics of deep oxidation catalysts are shown in the Table.

ТаблицаTable

Сравнительные характеристики катализаторов глубокого окисления Comparative characteristics of deep oxidation catalysts

Температура достижения 50 % конверсии СО, °CTemperature to reach 50% CO conversion, ° C Степень выгорания осадка, %Sediment burnout,% Пример 1Example 1 215215 98,198.1 Пример 2Example 2 225225 97,597.5 Пример 3Example 3 230230 98,598.5 Пример 4Example 4 230230 98,098.0 Пример 5Example 5 200200 98,998.9 Пример 6Example 6 180180 99,699.6 Пример 7Example 7 185185 99,399.3

Claims (4)

1. Установка для каталитического сжигания топлива в виде илового осадка сточных вод, включающая каталитический реактор, в котором в верхней части корпуса расположен патрубок для подачи катализатора, а под крышкой с трубой вывода дымовых газов расположен отбойник, выполненный в форме полого усечённого конуса, при этом закреплённый на корпусе реактора вниз основанием с меньшим диаметром, в котором закреплён пирамидальный четырёхгранный наконечник вершиной вниз с диагональю основания, большей, чем диаметр меньшего основания усечённого конуса отбойника, таким образом, что между плоскостью основания наконечника и плоскостью меньшего основания усечённого конуса отбойника образованы зазоры; в нижней части корпуса каталитического реактора, в зоне окисления, расположены два диаметрально противоположных патрубка для подачи илового осадка сточных вод, в каждый из которых вварен патрубок подачи воды, между патрубком удаления катализатора и зоной выгрузки несгоревших компонентов илового осадка с патрубком для разгрузочного шнека расположено воздухораспределительное устройство, которое состоит из двух внешних распределительных коллекторов, расположенных в одной плоскости и параллельно друг другу у диаметрально противоположных стенок корпуса реактора, с отходящими от каждого коллектора через колена по три трубы круглого сечения с перфорационными отверстиями в нижней части стенки, каждая из которых вварена в корпус реактора и свободный заваренный конец каждой из них вставлен в стакан, вваренный снаружи в корпус реактора с противоположной от колена стороны, при этом все перфорированные трубы расположены параллельно в одной плоскости и установлены с зазорами между ними, а перфорированная часть трубы находится внутри корпуса реактора, при этом общая площадь перфорационных отверстий в трубах составляет 2,5 % от площади сечения нижней части корпуса реактора; последовательно соединённые с каталитическим реактором линией подвода воздуха - воздуходувку и теплогенератор, а линией отвода газа - рекуператор, экономайзер, рукавный фильтр, мокрый вихревой скруббер, высоконапорный вентилятор и дымовую трубу, а также включает систему подачи твёрдого топлива - расходный бункер со шнековым дозатором, бункер выгрузки несгораемых компонентов осадков сточных вод. 1. Installation for catalytic combustion of fuel in the form of sewage sludge, including a catalytic reactor, in which a branch pipe for the catalyst supply is located in the upper part of the housing, and a baffle made in the form of a hollow truncated cone is located under the cover with a flue gas outlet pipe, while fixed on the reactor vessel downward with a base with a smaller diameter, in which a pyramidal four-sided tip is fixed with its apex downward with a base diagonal larger than the diameter of the smaller base of the truncated cone of the baffle, in such a way that gaps are formed between the plane of the base of the tip and the plane of the smaller base of the truncated cone of the baffle; in the lower part of the casing of the catalytic reactor, in the oxidation zone, there are two diametrically opposite pipes for supplying sewage sludge, into each of which a water supply pipe is welded, between the catalyst removal pipe and the area for unburnting unburnt sludge components with a pipe for unloading auger there is an air distribution a device that consists of two external distribution manifolds located in the same plane and parallel to each other at diametrically opposite walls of the reactor vessel, with three round pipes with perforations in the lower part of the wall extending from each manifold through the bends, each of which is welded into the reactor vessel and the free welded end of each of them are inserted into a glass welded from the outside into the reactor vessel from the side opposite to the knee, while all perforated pipes are located parallel in one plane and installed with gaps between them, and the perforations this part of the tube is located inside the reactor vessel, while the total area of perforations in the tubes is 2.5% of the cross-sectional area of the lower part of the reactor vessel; connected in series with the catalytic reactor by an air supply line - an air blower and a heat generator, and a gas outlet line - a recuperator, an economizer, a bag filter, a wet vortex scrubber, a high-pressure fan and a chimney, and also includes a solid fuel supply system - a supply hopper with a screw feeder, a hopper unloading of non-combustible components of sewage sludge. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в каталитическом реакторе основание отбойника большего диаметра на 40 % больше диаметра трубы вывода дымовых газов. 2. Installation according to claim 1, characterized in that in the catalytic reactor, the base of the baffle with a larger diameter is 40% larger than the diameter of the flue gas outlet pipe. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, в нижней части корпуса каталитический реактор содержит два патрубка для шнековой подачи угля. 3. Installation according to claim 1, characterized in that in the lower part of the casing, the catalytic reactor contains two nozzles for screw coal supply. 4. Способ сжигания топлива в виде илового осадка сточных вод, который осуществляют на установке, охарактеризованной в п.1, при этом проводят термообработку в псевдоожиженном слое в присутствии катализатора глубокого окисления CO и органических веществ, содержащего в качестве носителя оксид алюминия в количестве не более 50 мас.%, а в качестве активного компонента Fe2O3 в количестве 48-75 мас.%, а также CuO, и/или Mn2O3, и/или Co2O3, и/или Cr2O3 в количестве 2-10 мас.%; термообработку проводят путем непрерывной подачи илового осадка сточных вод в каталитический реактор, разогретый до температуры 750°C, в который одновременно подается воздух, необходимый для поддержания режима псевдоожижения слоя катализатора и окисления органической части осадка и доокисления образующегося при горении CO; дымовые газы поступают из каталитического реактора в рекуператор, далее в трубное пространство экономайзера, где охлаждаются водой, затем поступают на очистку в рукавный фильтр, далее очищенные дымовые газы поступают в мокрый вихревой скруббер, в котором одновременно осуществляют конденсацию паров воды, образованных в процессе каталитического сжигания илового осадка сточных вод, и нейтрализацию кислых газов, содержащихся в дымовых газах. 4. The method of combustion of fuel in the form of sludge of sewage, which is carried out in the installation described in claim 1, while heat treatment is carried out in a fluidized bed in the presence of a catalyst for deep oxidation of CO and organic substances containing as a carrier alumina in an amount of not more than 50 wt.%, And as an active component Fe 2 O 3 in an amount of 48-75 wt.%, As well as CuO, and / or Mn 2 O 3 , and / or Co 2 O 3 , and / or Cr 2 O 3 in the amount of 2-10 wt.%; heat treatment is carried out by continuous supply of sewage sludge to a catalytic reactor heated to a temperature of 750 ° C, which is simultaneously supplied with air necessary to maintain the fluidization mode of the catalyst bed and oxidation of the organic part of the sludge and additional oxidation of CO formed during combustion; flue gases go from the catalytic reactor to the recuperator, then to the economizer tube space, where they are cooled with water, then go to the bag filter for cleaning, then the cleaned flue gases enter the wet vortex scrubber, in which water vapor formed during catalytic combustion is simultaneously condensed sewage sludge, and neutralization of acid gases contained in flue gases.
RU2020136581A 2020-11-08 2020-11-08 Installation for catalytic combustion of fuel in form of sewage sludge from municipal treatment plants and method for its combustion RU2749063C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020136581A RU2749063C1 (en) 2020-11-08 2020-11-08 Installation for catalytic combustion of fuel in form of sewage sludge from municipal treatment plants and method for its combustion
CN202180074224.5A CN116406346A (en) 2020-11-08 2021-10-07 Sewage sludge fuel catalytic combustion device
PCT/RU2021/050330 WO2022098262A1 (en) 2020-11-08 2021-10-07 Plant for catalytic incineration of fuel in the form of sewage sludge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020136581A RU2749063C1 (en) 2020-11-08 2020-11-08 Installation for catalytic combustion of fuel in form of sewage sludge from municipal treatment plants and method for its combustion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2749063C1 true RU2749063C1 (en) 2021-06-03

Family

ID=76301530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020136581A RU2749063C1 (en) 2020-11-08 2020-11-08 Installation for catalytic combustion of fuel in form of sewage sludge from municipal treatment plants and method for its combustion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2749063C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819544C1 (en) * 2023-09-21 2024-05-21 Андрей Валерьевич Романенко Catalytic waste heat boiler for incineration of sewage sludge of enterprises and method of their incineration

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4714032A (en) * 1985-12-26 1987-12-22 Dipac Associates Pollution-free pressurized combustion utilizing a controlled concentration of water vapor
SU1576500A1 (en) * 1988-04-26 1990-07-07 Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса Unit for thermocatalytic detoxication of low-boiling organic components of waste water
US5050375A (en) * 1985-12-26 1991-09-24 Dipac Associates Pressurized wet combustion at increased temperature
RU2536510C2 (en) * 2013-03-15 2014-12-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук Catalytic reactor for processing sediments of sewage waters and method of their processing (versions)
RU2568978C1 (en) * 2014-10-17 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук Method for catalytic treatment of sewage sludge

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4714032A (en) * 1985-12-26 1987-12-22 Dipac Associates Pollution-free pressurized combustion utilizing a controlled concentration of water vapor
US5050375A (en) * 1985-12-26 1991-09-24 Dipac Associates Pressurized wet combustion at increased temperature
SU1576500A1 (en) * 1988-04-26 1990-07-07 Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса Unit for thermocatalytic detoxication of low-boiling organic components of waste water
RU2536510C2 (en) * 2013-03-15 2014-12-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук Catalytic reactor for processing sediments of sewage waters and method of their processing (versions)
RU2568978C1 (en) * 2014-10-17 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук Method for catalytic treatment of sewage sludge

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.Д. Симонов, Н.А. Языков, А.С. Афлятунов, И.А. Федоров, В.А. Яковлев, В.Н. Пармон, Опыт эксплуатации водогрейных котлов с каталитическим сжиганием жидкого и твердого топлива в псевдоожиженном слое, Альтернативная энергетика и экология, 2014, N19 (159), с.70-85. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819544C1 (en) * 2023-09-21 2024-05-21 Андрей Валерьевич Романенко Catalytic waste heat boiler for incineration of sewage sludge of enterprises and method of their incineration

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6334402B2 (en) Dry adsorbent input during steady state in dry scrubber
KR102048058B1 (en) Apparatus and method for evaporating waste water and reducing acid gas emissions
KR101340389B1 (en) Spouted bed type reactor for semi-dry flue gas desulfurization and multi- stage desulfurization method using thereof
RU2607410C2 (en) Dry sorbent introduction under conditions of non-stationary state into dry gas cleaning scrubber
CN204593400U (en) A kind of industry danger waste burning system of multiple physical states
CN111256147A (en) Household garbage pyrolysis gasification incineration grate furnace and treatment system thereof
CN101703886A (en) Desulfuration method by directly utilizing magnesium slags in circulating fluidized bed boiler
WO2022098262A1 (en) Plant for catalytic incineration of fuel in the form of sewage sludge
KR20200100196A (en) Sludge treatment method and cement manufacturing system
WO2019228547A1 (en) Industrial flue gas treatment method and industrial flue gas treatment system
RU2749063C1 (en) Installation for catalytic combustion of fuel in form of sewage sludge from municipal treatment plants and method for its combustion
RU2568978C1 (en) Method for catalytic treatment of sewage sludge
CN113739165A (en) Industry is useless burning furnace and flue gas processing apparatus admittedly
CN107687639A (en) Energy-saving waste combustion waste-heat recovery device
RU144018U1 (en) INSTALLATION OF THERMOCHEMICAL GENERATION OF ENERGY GASES FROM SOLID FUEL (OPTIONS)
EP0126619A2 (en) Improvements in and relating to a method and apparatus for combustion of materials
EA040591B1 (en) INSTALLATION FOR CATALYTIC COMBUSTION OF FUEL IN THE FORM OF WASTE SLUDGE SLUDGE AND THE METHOD IMPLEMENTED BY THIS INSTALLATION
US11262066B2 (en) Staggered firing
CN105509067A (en) Typical domestic refuse incineration treatment system
CN104819477A (en) Multi-physical-state incineration technology for industrial hazardous wastes
RU2752476C1 (en) Catalytic reactor for the disposal of sediments from municipal wastewater treatment plants and a method for disposal
JPH0533916A (en) Waste treatment method by rotary kiln and rotary kiln for waste treatment
CN213146581U (en) Sludge drying and incineration resource utilization system
CN214360930U (en) Efficient treatment device for oily sludge
CN111981472B (en) System and method for desulfurization and denitrification of fuel