RU2782918C1

RU2782918C1 - Submersible combustion device

Info

Publication number: RU2782918C1
Application number: RU2022109085A
Authority: RU
Inventors: Олег Львович Черных; Алексей Валерьевич Костыря; Сергей Николаевич Стариков; Александр Михайлович Вожаков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Теплоэнергопром"
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2022-11-07

Abstract

FIELD: submersible combustion apparatuses.

SUBSTANCE: invention relates to submersible combustion apparatuses, in which a bubbling process is used, which proceeds between the combustion products and the solution through the use of a submersible burner. The device comprises a housing with a conical bottom and a submersible burner, a circulation pipe, a liquid inlet pipe, a drain pipe, a cone nozzle with bubbling holes installed at the outlet end of the burner. The housing is connected to the additional housing by the upper and lower pipes to form a closed loop. The upper pipe is an overflow pipe and an overflow threshold is installed in it. The bottom pipe is a circulation pipe in which a pump is installed that supplies liquid to the lower part of the housing. Liquid inlet pipe, drain pipe, gas product outlet pipe are located in an additional housing. The conical bottom of the additional body is located below the circulation pipe. A conical tubular element is installed in the body coaxially with the cone nozzle, with a large hole facing the conical nozzle, and a smaller hole facing the liquid inlet from the circulation pipe located in the center of the conical bottom of the body.

EFFECT: increasing the reliability of the submersible combustion device and increasing the efficiency of its operation.

1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к выпарным аппаратам, в частности, к аппаратам погружного горения, в которых применяется барботажный процесс, протекающий между продуктами сгорания и раствором за счет использования погружной горелки. Может использоваться для выпарки различных растворов солей и других веществ, например, при концентрировании солесодержащих растворов, так же может применяться для целей подогрева и декарбонизации. Изобретение применимо в химической промышленности, в пищевой промышленности, при производстве минеральных удобрений, в других отраслях.The invention relates to evaporators, in particular to submersible combustion apparatuses, in which a bubbling process is used between the combustion products and the solution through the use of a submersible burner. It can be used for evaporation of various solutions of salts and other substances, for example, when concentrating salt-containing solutions, it can also be used for heating and decarbonization purposes. The invention is applicable in the chemical industry, in the food industry, in the production of mineral fertilizers, and in other industries.

Из уровня техники известны аппараты погружного горения (Алабовский А.Н., Удыма П.Г. Аппараты погружного горения. - М. Изд.МЭИ,1994 - 256 с.). Такие устройства не имеют нагревательных поверхностей, на которых могут осаждаться соли при выпаривании растворов. Продукты сгорания получаются при сжигании газообразного или жидкого топлива в погружной горелке, расположенной так, чтобы ее открытое сопло было помещено на некоторую глубину в раствор. В данных устройствах продукты горения диспергируются в растворе на множество пузырьков, имеющих большую поверхность теплообмена. При температуре газов несколько выше температуры кипения раствора газ в пузырьках насыщается паром. При прохождении пузырьков через слой жидкости происходит ее интенсивное перемешивание, что ускоряет процесс испарения.From the prior art submersible combustion apparatuses are known (Alabovsky A.N., Udyma P.G. Submersible combustion apparatuses. - M. Izd.MPEI, 1994 - 256 S.). Such devices do not have heating surfaces on which salts can be deposited when the solutions are evaporated. Combustion products are obtained by burning gaseous or liquid fuels in a submersible burner located so that its open nozzle is placed at some depth in the solution. In these devices, the combustion products are dispersed in solution into many bubbles with a large heat exchange surface. At a gas temperature slightly above the boiling point of the solution, the gas in the bubbles is saturated with steam. When the bubbles pass through the liquid layer, it is intensively mixed, which accelerates the evaporation process.

Известно устройство погружного сжигания для обработки и концентрирования теплочувствительных жидкостей газообразными продуктами сгорания по патенту США US 3840002, B01D 1/14, 1974. Устройство содержит первый сосуд с погружной горелкой, предназначенный для протекания газообразных продуктов сгорания через жидкость. Горелка имеет удлиненную полую вертикальную камеру сгорания с множеством отверстий на нижнем конце для выпуска продуктов сгорания из камеры и с патрубком подачи газообразной горючей смеси на верхнем конце. Выпускные отверстия камеры сгорания соединены трубами линии отвода продуктов сгорания. Устройство содержит второй сосуд с жидкостью, расположенный в непосредственной близости от первого сосуда и первую линию подачи жидкости и газа, соединяющую указанные два сосуда на уровне как значительно выше, так и немного ниже поддерживаемого общего уровня жидкости в указанных сосудах. По первой линии газ и жидкость могут перетекать из первого сосуда во второй. Второй сосуд содержит патрубок для отвода дымовых газов и паров из верхней части, расположенной выше уровня жидкости. Второй трубопровод соединяет первый и второй сосуд ниже общего уровня жидкости, находящейся в них. Благодаря этому обеспечивается непрерывная циркуляция жидкости, контактирующей с камерой сгорания. Второй сосуд имеет коническое дно, расположенное ниже второго трубопровода для циркуляции жидкости между сосудами. Через патрубок в коническом дне второго сосуда удаляют продукт выпаривания. Первый сосуд имеет дно в форме усеченного конуса, а вторая напорная линия соединяется с ним для прохождения через него жидкости. В данном техническом решении не обеспечивается достаточная эффективность работы устройства из-за малой интенсивности восходящего потока жидкости, направленного от трубопровода циркуляции к горелке в первом сосуде, из-за малой площади межфазной поверхности тепло- и массообмена при перемешивании жидкости с газовыми продуктами горения.A submersible combustion device for treating and concentrating heat-sensitive liquids with gaseous combustion products is known according to US patent US 3840002, B01D 1/14, 1974. The device contains the first vessel with a submersible burner designed for the flow of gaseous combustion products through the liquid. The burner has an elongated hollow vertical combustion chamber with a plurality of holes at the lower end for the release of combustion products from the chamber and with a branch pipe for supplying a gaseous combustible mixture at the upper end. The outlet openings of the combustion chamber are connected by pipes of the line for the removal of combustion products. The device contains a second vessel with a liquid located in close proximity to the first vessel and a first liquid and gas supply line connecting these two vessels at a level both significantly above and slightly below the maintained total liquid level in these vessels. The first line allows gas and liquid to flow from the first vessel to the second. The second vessel contains a branch pipe for removing flue gases and vapors from the upper part located above the liquid level. The second pipeline connects the first and second vessel below the common level of the liquid contained in them. This ensures continuous circulation of fluid in contact with the combustion chamber. The second vessel has a conical bottom located below the second pipeline for fluid circulation between the vessels. The evaporation product is removed through a pipe in the conical bottom of the second vessel. The first vessel has a bottom in the form of a truncated cone, and the second pressure line is connected to it for the passage of liquid through it. In this technical solution, sufficient efficiency of the device operation is not ensured due to the low intensity of the ascending liquid flow directed from the circulation pipeline to the burner in the first vessel, due to the small area of the interfacial surface of heat and mass transfer when the liquid is mixed with combustion gas products.

Известен выпарной аппарат погружного горения по авторскому свидетельству СССР SU 1398881, B01D 1/14, 1988. Выпарной аппарат содержит емкость с крышкой, погружную горелку с коническим выхлопным патрубком и газораспределительным перфорированным насадком с отверстиями различного диаметра, патрубок отвода парогазовой смеси. Диаметр отверстий увеличивается по мере удаления отверстий от вершины конуса. Недостатком является возможность быстрого прогорания конического дна емкости вследствие воздействия на нее горячих газов, выходящих из выхлопного патрубка горелки, что обуславливает недостаточную надежность аппарата.Known evaporator submersible combustion according to the author's certificate of the USSR SU 1398881, B01D 1/14, 1988. The evaporator contains a container with a lid, a submersible burner with a conical exhaust pipe and a perforated gas distribution nozzle with holes of various diameters, a vapor-gas mixture outlet pipe. The diameter of the holes increases as the holes move away from the top of the cone. The disadvantage is the possibility of rapid burnout of the conical bottom of the tank due to exposure to hot gases coming out of the exhaust pipe of the burner, which leads to insufficient reliability of the apparatus.

Известен аппарат погружного горения для выпаривания растворов минеральных солей по патенту РФ на изобретение RU 2597086. Аппарат погружного горения состоит из корпуса и погружной горелки. В горелке происходит сжигание природного газа, за счет чего обеспечивается непосредственный контакт дымовых газов с раствором. Для исключения перегрева корпуса горелки выходящими дымовыми газами и интенсификации процесса выпаривания на выходе из сопла устанавливается стабилизатор в виде усеченного конуса. Основание конуса имеет кольцо-юбку и вертикально расположенные ребра, распределяющие поток теплоносителя к отверстиям в кольце-юбке и нижней части конуса. Площадь живого сечения отверстий равна площади выходного сечения сопла горелки. А зона барботажа располагается равноудаленной от корпуса горелки и стенок аппарата. Недостатком является невысокая надежность аппарата погружного горения и недостаточная эффективность его работы. Невысокая надежность обусловлена воздействием горячих газов погружной горелки на стенки корпуса, что может привести к повреждению корпуса. Так же на снижение надежности влияет возможное изменение уровня раствора в корпусе вследствие колебания расхода поступающей в аппарат выпариваемой жидкости, или при сливе отстоявшейся суспензии из аппарата. Колебания уровня жидкости влекут перегрев корпуса горелки выходящими дымовыми газами.Known submersible combustion apparatus for evaporating solutions of mineral salts according to the RF patent for the invention RU 2597086. The submersible combustion apparatus consists of a housing and a submersible burner. In the burner, natural gas is burned, which ensures direct contact of the flue gases with the solution. To prevent overheating of the burner body by the outgoing flue gases and to intensify the evaporation process, a stabilizer in the form of a truncated cone is installed at the outlet of the nozzle. The base of the cone has a skirt ring and vertically arranged ribs that distribute the coolant flow to the holes in the skirt ring and the lower part of the cone. The open area of the holes is equal to the area of the outlet section of the burner nozzle. And the bubbling zone is located equidistant from the burner body and the walls of the apparatus. The disadvantage is the low reliability of the submersible combustion apparatus and the insufficient efficiency of its operation. Low reliability is due to the effect of hot gases from the submersible burner on the walls of the housing, which can lead to damage to the housing. The decrease in reliability is also affected by a possible change in the level of the solution in the housing due to fluctuations in the flow rate of the evaporated liquid entering the apparatus, or when draining the settled suspension from the apparatus. Liquid level fluctuations lead to overheating of the burner body by the escaping flue gases.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрано авторское свидетельство СССР SU 814376, B01D 1/14, 1981. Выпарной аппарат содержит вертикальный корпус с патрубками ввода и вывода раствора и отвода парогазовой смеси, погружную горелку, циркуляционную трубу и барботажную решетку, размещенную между горелкой и циркуляционной трубой. Циркуляционная труба концентрично установлена вокруг горелки. Барботажная решетка выполнена в виде усеченного конуса и установлена относительно циркуляционной трубы с образованием канала для циркуляции раствора. Барботажная решетка соединена меньшим основанием с горелкой и снабжена цилиндрической обечайкой, прикрепленной к ее большему основанию. Размещение верхнего края циркуляционной трубы вокруг корпуса горелки может вызвать прогорание как корпуса горелки, так и самой циркуляционной трубы в случае колебания уровня раствора в выпарном аппарате. На стенки нижней части корпуса воздействуют так же гидроудары и вибрации, вызванные процессом горения и разворотом потоков в вертикальной циркуляционной трубе. Кроме того, размещение патрубка слива в нижней части корпуса может привести к забиванию его солями и крупными частицами шлама, отделившихся, например, от поверхности циркуляционной трубы. Это обуславливает недостаточную надежность работы устройства. Подача в корпус холодного раствора из патрубка ввода снижает эффективность процесса выпаривания из-за больших тепло затрат на прогрев поступающего раствора.The USSR author's certificate SU 814376, B01D 1/14, 1981 was chosen as the closest analogue to the claimed technical solution. circulation pipe. The circulation pipe is concentrically mounted around the burner. The bubbling grate is made in the form of a truncated cone and is installed relative to the circulation pipe to form a channel for solution circulation. The bubbling grate is connected by a smaller base to the burner and is provided with a cylindrical shell attached to its larger base. Placing the top edge of the circulation pipe around the burner body can cause both the burner body and the circulation pipe itself to burn through if the solution level in the evaporator fluctuates. The walls of the lower part of the housing are also affected by hydraulic shocks and vibrations caused by the combustion process and the reversal of flows in the vertical circulation pipe. In addition, placing the drain pipe in the lower part of the body can lead to clogging of it with salts and large particles of sludge that have separated, for example, from the surface of the circulation pipe. This causes insufficient reliability of the device. Feeding a cold solution into the housing from the inlet pipe reduces the efficiency of the evaporation process due to the high heat costs for heating the incoming solution.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности устройства погружного горения и повышение эффективности его работы.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the submersible combustion device and increase the efficiency of its operation.

Технический результат достигается тем, что в устройстве погружного горения, содержащем корпус с коническим дном и погружной горелкой, циркуляционную трубу, патрубок ввода жидкости, сливной патрубок, патрубок отвода газов, установленную на выходном конце сопла горелки конусную насадку с барботажными отверстиями, согласно изобретению, корпус соединен с дополнительным корпусом верхней и нижней трубой с образованием замкнутого контура, верхняя труба является переливной трубой и в ней установлен переливной порог, нижняя труба является циркуляционной трубой, в ней установлен насос, подающий жидкость в нижнюю часть корпуса, патрубок ввода жидкости, сливной патрубок, патрубок отвода газов расположены в дополнительном корпусе, конусное дно дополнительного корпуса расположено ниже циркуляционной трубы, в корпусе соосно с конусной насадкой установлен конусный трубчатый элемент большим отверстием обращенный к конической насадке, а меньшим отверстием обращенный к отверстию ввода жидкости из циркуляционной трубы, которое расположено в центре конического дна корпуса.The technical result is achieved by the fact that in an immersed combustion device containing a housing with a conical bottom and a submersible burner, a circulation pipe, a liquid inlet pipe, a drain pipe, a gas outlet pipe, a cone nozzle with bubbling holes installed at the outlet end of the burner nozzle, according to the invention, the body connected to the additional body of the upper and lower pipes to form a closed circuit, the upper pipe is an overflow pipe and an overflow threshold is installed in it, the lower pipe is a circulation pipe, it has a pump that supplies liquid to the lower part of the body, a liquid inlet pipe, a drain pipe, the gas outlet branch pipe is located in the additional housing, the conical bottom of the additional housing is located below the circulation pipe, in the housing, a conical tubular element is installed coaxially with the cone nozzle, with a large hole facing the conical nozzle, and a smaller hole facing the liquid inlet from the compass ration pipe, which is located in the center of the conical bottom of the housing.

Технический результат обеспечивается использованием дополнительного корпуса, соединенного с основным корпусом трубой с переливным порогом и циркуляционной трубой с установленным в ней насосом. Это повышает надежность работы устройства за счет обеспечения стабилизации уровня жидкости в основном корпусе. Стабилизация уровня необходима при колебаниях расхода поступающего потока выпариваемой жидкости, при сливе отстоявшейся суспензии из устройства. Стабилизация уровня не допускает оголения частей горелки, перегрева корпуса горелки выходящими дымовыми газами и его разрушения. Стабилизация уровня жидкости в корпусе происходит за счет непрерывной принудительной подачи раствора в нижнюю часть корпуса из циркуляционной трубы, в которой установлен перекачивающий насос в сочетании с возможностью поддержания нужного уровня в корпусе с помощью переливного порога. Кроме того, использование дополнительного корпуса с верхней переливной и нижней циркуляционной трубой с образованием замкнутого контура позволяет повысить эффективность работы аппарата погружного горения за счет подачи в центральную часть корпуса, где происходит наиболее интенсивное испарение, не холодного внешнего раствора, как в аналоге, а уже горячего раствора, что значительно повышает скорость испарения. Подогрев раствора происходит в результате его многократной циркуляции через зону горения и многократного контактирования с дымовыми газами погружной горелки. Повышение тепло напряженности в локальном объеме - в месте взаимодействия горячих топочных газов и пламени горелки с выпариваемым раствором повышает эффективность процесса выпаривания. Эффективность испарения в аппарате погружного горения повышается и за счет скорости и силы циркулирующего потока, который принудительно подают в зону наиболее интенсивного испарения насосом циркуляционной трубы. Это повышает интенсивность перемешивания раствора с дымовыми газами, увеличивает площадь межфазной поверхности тепло- и массообмена. Кроме того, использование двух корпусов и переливной трубы позволяет повысить эффективность работы устройства за счет увеличения площади поверхности испарения жидкости в дополнительном корпусе и за счет поступления в дополнительный корпус горячего раствора из основного корпуса. С поверхности жидкости в дополнительном корпусе так же происходит испарение за счет того, что температура раствора поступающего из основного корпуса через переливную трубу выше температуры кипения этого раствора. Размещение патрубка ввода жидкости в дополнительном корпусе повышает эффективность работы устройства, т.к., холодный раствор подаваемый извне в устройство попадает предварительно в дополнительный корпус, в котором увлекается горячим циркулирующим потоком, перетекающим из основного корпуса. При перемешивании потоков повышается температура подаваемого извне раствора и за счет этого при дальнейшем его принудительном попадании в зону интенсивного испарения основного корпуса происходит более эффективное его выпаривание. Размещение сливного патрубка в дополнительном корпусе и расположение конусного дна дополнительного корпуса ниже циркуляционной трубы повышает надежность и эффективность работы устройства погружного горения. При циркуляции потока между двумя корпусами, при повороте потока и направлении его в циркуляционную трубу от потока отделяются твердые частицы. Осаждение кристаллизующихся солей, взвесей, шлама происходит в конусе днища дополнительного корпуса, откуда все эти твердые частицы выводятся с суспензией, образующейся в результате отстаивания плотного раствора. Плотность суспензии выше плотности циркулирующего раствора. За счет этого исключается забивание нижнего отверстия в дне основного корпуса твердыми включениями, исключается остановка подачи раствора в зону горения и обеспечивается интенсивность перемешивания восходящего и нисходящего потоков в основном корпусе. Расположение патрубка отвода газовых продуктов в дополнительном корпусе позволяет повысить эффективность испарения раствора за счет отвода газов. При соприкосновении отходящих газов с жидкостью дополнительного корпуса увеличивается интенсивность ее испарения. Использование дополнительного корпуса с диаметром большим, чем у основного позволяет при испарении снизить скорость пара, следовательно позволяет и уменьшить каплеунос из устройства, что повышает эффективность его работы. Установка в корпусе конусного трубчатого элемента в виде полого усеченного конуса открытого сверху и снизу позволяет повысить интенсивность перемешивания обрабатываемого в корпусе раствора со свежим раствором, поступающим из циркуляционной трубы. Установка конусного элемента соосно с конусной насадкой сопла горелки и обращение конусного элемента большим основанием в сторону открытого основания конусной насадки способствует тому, что поток дымовых газов, выходящий из сопла горелки расширяется, проходя вдоль ребер стенки конусной насадки и устремляется к конусному элементу. Далее поток ударяется о внутреннюю поверхность конусного элемента, разворачивается отражаясь под разными углами от наклонных стенок конуса, вовлекает большое количество жидкости во взаимодействие с газовыми пузырьками, образуя обширный восходящий поток, с увеличением межфазной поверхности тепло- и массообмена, что значительно повышает интенсивность процесса испарения. Установка усеченного конусного трубчатого элемента меньшим отверстием в сторону отверстия в центре конического дна корпуса позволяет разделить поток жидкости, из циркуляционной трубы. Поток, выходящий из циркуляционной трубы, устремляется вверх. Одна его часть проходит через меньшее отверстие конусного трубчатого элемента и увлекает в восходящее течение струи, отражающиеся от внутренней поверхности конусного элемента, увеличивая скорость движения жидкости и газовых пузырьков и способствуя эффективности испарения за счет интенсивного перемешивания фаз. Вторая часть потока раствора, поступающего в корпус из циркуляционной трубы под действием насоса, ударяется о наружную стенку усеченного конусного трубчатого элемента и разворачивается, меняя направление движения. Эта часть поступившего снизу потока проходит через зазор между корпусом и конусным трубчатым элементом. Поступивший из циркуляционной трубы поток имеет температуру ниже, температуры дымовых газов и температуры раствора в зоне интенсивного испарения, находящейся под соплом горелки. Поэтому, поднимаясь вверх и омывая внутреннюю стенку корпуса и наружную стенку конусного трубчатого элемента, более холодный восходящий поток защищает их от перегрева дымовыми газами, предотвращает их разрушение и повышает надежность устройства погружного горения. Данный восходящий поток тоже способствует повышению интенсивности перемешивания пузырьков газа с жидкостью в основном корпусе и повышает скорость испарения и эффективность работы устройства. Кроме того, данный поток жидкости, поднимающийся вдоль стенок корпуса, защищает корпус от вибраций, возникающих вследствие гидроударов, происходящих при горении газов, при столкновении потока со стенками конусного элемента, при развороте и столкновении потоков. Это повышает надежность работы устройства погружного горения.The technical result is ensured by the use of an additional body connected to the main body by a pipe with an overflow threshold and a circulation pipe with a pump installed in it. This improves the reliability of the device by providing stabilization of the liquid level in the main body. Level stabilization is necessary when the flow rate of the incoming stream of the evaporated liquid fluctuates, when the settled suspension is drained from the device. Level stabilization prevents burner parts from being exposed, overheating of the burner body by the outgoing flue gases and its destruction. The stabilization of the liquid level in the housing occurs due to the continuous forced supply of solution to the lower part of the housing from the circulation pipe, in which the transfer pump is installed, in combination with the ability to maintain the desired level in the housing using an overflow threshold. In addition, the use of an additional housing with an upper overflow and a lower circulation pipe with the formation of a closed circuit makes it possible to increase the efficiency of the submersible combustion apparatus by supplying to the central part of the housing, where the most intensive evaporation occurs, not a cold external solution, as in the analogue, but already hot solution, which significantly increases the rate of evaporation. The heating of the solution occurs as a result of its repeated circulation through the combustion zone and repeated contact with the flue gases of the submersible burner. Increasing the heat tension in the local volume - in the place of interaction of hot flue gases and the burner flame with the evaporated solution increases the efficiency of the evaporation process. The efficiency of evaporation in the submersible combustion apparatus is also increased due to the speed and strength of the circulating flow, which is forcibly fed into the zone of the most intensive evaporation by the pump of the circulation pipe. This increases the intensity of mixing of the solution with flue gases, increases the area of the interfacial surface for heat and mass transfer. In addition, the use of two housings and an overflow pipe makes it possible to increase the efficiency of the device by increasing the surface area of liquid evaporation in the additional housing and due to the hot solution entering the additional housing from the main body. Evaporation also occurs from the surface of the liquid in the additional body due to the fact that the temperature of the solution coming from the main body through the overflow pipe is higher than the boiling point of this solution. Placing the liquid inlet pipe in the additional housing increases the efficiency of the device, because the cold solution supplied from the outside to the device first enters the additional housing, in which it is entrained by the hot circulating flow flowing from the main body. When the flows are mixed, the temperature of the solution supplied from the outside increases, and due to this, with its further forced entry into the zone of intensive evaporation of the main body, its more efficient evaporation occurs. The placement of the drain pipe in the additional housing and the location of the conical bottom of the additional housing below the circulation pipe increases the reliability and efficiency of the submersible combustion device. By circulating the flow between the two bodies, by turning the flow and directing it into the circulation pipe, solid particles are separated from the flow. Sedimentation of crystallizing salts, suspensions, sludge occurs in the cone of the bottom of the additional body, from where all these solid particles are removed with a suspension formed as a result of settling a dense solution. The density of the suspension is higher than the density of the circulating solution. Due to this, the clogging of the lower hole in the bottom of the main body with solid inclusions is excluded, the stoppage of the solution supply to the combustion zone is excluded, and the intensity of mixing of the ascending and descending flows in the main body is ensured. The location of the branch pipe for the removal of gas products in an additional housing allows you to increase the efficiency of evaporation of the solution due to the removal of gases. When the exhaust gases come into contact with the liquid of the additional housing, the intensity of its evaporation increases. The use of an additional body with a diameter larger than that of the main one allows the vapor velocity to be reduced during evaporation, and therefore it allows to reduce the droplet entrainment from the device, which increases the efficiency of its operation. The installation of a conical tubular element in the body in the form of a hollow truncated cone open at the top and bottom makes it possible to increase the intensity of mixing of the solution processed in the body with the fresh solution coming from the circulation pipe. Installing the cone element coaxially with the cone nozzle of the burner nozzle and turning the cone element with its large base towards the open base of the cone nozzle contributes to the fact that the flue gas flow exiting the burner nozzle expands, passing along the ribs of the wall of the cone nozzle and rushes to the cone element. Further, the flow hits the inner surface of the cone element, turns around, reflects at different angles from the inclined walls of the cone, involves a large amount of liquid in interaction with gas bubbles, forming an extensive upward flow, with an increase in the interfacial surface of heat and mass transfer, which significantly increases the intensity of the evaporation process. Installing a truncated conical tubular element with a smaller hole towards the hole in the center of the conical bottom of the body allows you to separate the flow of fluid from the circulation pipe. The flow leaving the circulation pipe rushes upwards. One part of it passes through the smaller opening of the conical tubular element and entrains the jets reflected from the inner surface of the cone element into the upward flow, increasing the speed of movement of liquid and gas bubbles and contributing to the efficiency of evaporation due to intensive mixing of the phases. The second part of the solution flow entering the housing from the circulation pipe under the action of the pump hits the outer wall of the truncated conical tubular element and turns around, changing the direction of movement. This part of the flow from below passes through the gap between the housing and the conical tubular element. The flow coming from the circulation pipe has a temperature lower than the temperature of the flue gases and the temperature of the solution in the intensive evaporation zone located under the burner nozzle. Therefore, rising up and washing the inner wall of the housing and the outer wall of the conical tubular element, the colder upward flow protects them from overheating by flue gases, prevents their destruction and increases the reliability of the submersible combustion device. This upward flow also helps to increase the intensity of mixing of gas bubbles with liquid in the main body and increases the evaporation rate and the efficiency of the device. In addition, this liquid flow rising along the walls of the housing protects the housing from vibrations resulting from hydraulic shocks that occur during the combustion of gases, when the flow collides with the walls of the cone element, when turning and colliding flows. This improves the reliability of the submersible combustion device.

На фигуре представлена схема устройства погружного горения.The figure shows a diagram of the submersible combustion device.

Устройство погружного горения состоит из корпуса 1, дополнительного корпуса 2, корпуса погружной горелки 3 с установленными внутри горелкой и соплом. Корпус погружной горелки 3 установлен вдоль вертикальной оси корпуса 1. Горелка соединена патрубком подачи газа 4 с линией подачи природного газа, корпус горелки 3 имеет патрубок подачи воздуха 5. В корпусе 1 на выходе сопла горелки установлена конусная насадка 6. С зазором относительно конусной насадки 6 в корпусе 1 установлен конусный трубчатый элемент 7 с нижним входным отверстием 8. Корпус 1 выполнен в виде емкости с коническим дном, в центре дна которого расположено отверстие для ввода обрабатываемого раствора 19. В верхней части корпус 1 соединен с дополнительным корпусом 2 переливной трубой 9, в нижней части корпус 1 соединен с дополнительным корпусом 2 циркуляционной трубой 10. В переливной трубе 9 установлен переливной порог 11. Переливной порог представляет собой поперечную перегородку, установленную в переливной трубе 9 с частичным перекрытием площади проходного отверстия переливной трубы 9. В циркуляционной трубе 10 установлен центробежный насос 12. Дополнительный корпус 2 снабжен патрубком подвода загрязненного раствора 13, патрубком слива 14 и патрубком отвода газов 15. В верхней части дополнительного корпуса 2 установлен каплеотбойник 16, выполненный в виде распределительной решетки. Конусная насадка 6 установлена вдоль оси горелки, снабжена внутренними продольными ребрами и барботажными отверстиями 17. Конусный трубчатый элемент 7 установлен соосно конусной насадке 6, выполнен в виде полого конического раструба, у которого большее отверстие расположено напротив выходного отверстия конусной насадки 6. Диаметр основания, т.е., большего отверстия конусного трубчатого элемента 7 превышает диаметр выходного отверстия конусной насадки 6. Меньшее отверстие 8 конусного трубчатого элемента 7 расположено напротив центрального отверстия 19 ввода жидкости из циркуляционной трубы 10. Конусный трубчатый элемент 7 может удерживаться в корпусе 1 при помощи металлических стержней или полос, прикрепленных к корпусу 1 сваркой.The submersible combustion device consists of a body 1, an additional body 2, a submersible burner body 3 with a burner and a nozzle installed inside. The body of the submersible burner 3 is installed along the vertical axis of the body 1. The burner is connected by a gas supply pipe 4 to the natural gas supply line, the burner body 3 has an air supply pipe 5. A cone nozzle 6 is installed in the body 1 at the outlet of the burner nozzle. With a gap relative to the cone nozzle 6 a conical tubular element 7 with a lower inlet 8 is installed in the housing 1. The housing 1 is made in the form of a container with a conical bottom, in the center of the bottom of which there is an opening for entering the treated solution 19. In the upper part, the housing 1 is connected to the additional housing 2 by an overflow pipe 9, in the lower part, the housing 1 is connected to the additional housing 2 by a circulation pipe 10. An overflow threshold 11 is installed in the overflow pipe 9. The overflow threshold is a transverse partition installed in the overflow pipe 9 with partial overlapping of the area of the through hole of the overflow pipe 9. In the circulation pipe 10 is installed centrifugal pump 12. Additional housing 2 equipped with a pipe for supplying a contaminated solution 13, a drain pipe 14 and a gas outlet pipe 15. In the upper part of the additional housing 2, a drop eliminator 16 is installed, made in the form of a distribution grid. The conical nozzle 6 is installed along the axis of the burner, provided with internal longitudinal ribs and bubbling holes 17. The conical tubular element 7 is installed coaxially with the cone nozzle 6, made in the form of a hollow conical socket, in which the larger hole is located opposite the outlet of the cone nozzle 6. Base diameter, t i.e., the larger opening of the conical tubular element 7 exceeds the diameter of the outlet opening of the cone nozzle 6. The smaller opening 8 of the conical tubular element 7 is located opposite the central opening 19 of the liquid inlet from the circulation pipe 10. The conical tubular element 7 can be held in the housing 1 by means of metal rods or strips attached to the body 1 by welding.

Устройство погружного горения работает следующим образом.Submersible combustion device works as follows.

Поток загрязненной жидкости, например водно-метанольного раствора, подают в устройство погружного горения через патрубок подвода загрязненного раствора 13. Дополнительный корпус 2 наполняют раствором 18, подлежащим обработке, и перекачивают раствор с помощью насоса 12 по циркуляционной трубе 10 в основной корпус 1, в котором установлена погружная горелка 3. Уровень раствора в корпусе 1 удерживают постоянным с помощью переливного порога 11, установленного в переливной трубе 9. Погружную горелку 3 располагают так, чтобы ее сопло было помещено на некоторую глубину в раствор. Подают в горелку 3 на сжигание природный газ из линии подачи природного газа. При горении природного газа образуется поток горячих дымовых газов, выходящий из сопла горелки 3 и попадающий в конусную насадку 6. Поток дымовых газов расширяется, проходя по конусной насадке 6, пристеночная часть потока внутренними ребрами направляется к барботажным отверстиям 17, расположенным в нижней части насадки 6. Поток дымовых газов при взаимодействии с жидким раствором разбивается на множество газовых пузырьков. Часть потока меняет свое направление пройдя через барботажные отверстия 17 и разворачивается, разбиваясь на пузырьки и образуя турбулентность в центральной части корпуса 1, которая является зоной наиболее интенсивного испарения. Центральная часть потока дымовых газов, выходящая из центра конусной насадки 6, так же разбивается на газовые пузырьки при взаимодействии с жидкостью раствора, устремляется вниз, ударяется о наклонные стенки конусного трубчатого элемента 7. Струи потока газовых пузырьков отражаются от конусной поверхности под различными углами, сталкиваются между собой так же образуя бурление, разворачиваются и меняют направление потока на восходящее движение. Одновременно с этим в корпус 1 через отверстие для ввода обрабатываемого раствора 19, т.е., через нижний патрубок корпуса 1, из циркуляционной трубы 10 принудительно насосом 12 подается свежий раствор. Температура поступающего по циркуляционной трубе 10 раствора из дополнительного корпуса 2 ниже, чем температура раствора в корпусе 1, где идет нагрев жидкости дымовыми газами. В нижней части корпуса 1 так же происходит диспергация потока с образованием пузырьков, которые, всплывая в жидкости, увлекают ее по кольцевому пространству между внутренней стенкой корпуса 1 и наружной стенкой конусного элемента 7 и выносят в центральную часть корпуса 1. При этом более холодный восходящий поток защищает корпус 1 и корпус погружной горелки 3 от перегрева и вибраций. Другая часть потока раствора, выходящего из отверстия для ввода обрабатываемого раствора 19 в результате подпора жидкости насосом 12 проходит через нижнее малое отверстие 8 трубчатого конусного элемента 7, попадает внутрь него и смешивается там с разворачивающимся потоком дымовых газов, диспергированного на множество отдельных пузырьков. В корпусе 1, особенно в его центральной части происходит непосредственный контакт дымовых газов с раствором. Продукты сгорания, барботируя в жидкости и разбиваясь на газовые пузырьки, образуют при всплывании большую межфазную поверхность тепло- и массообмена. В результате этого обрабатываемый раствор нагревается до температуры испарения и полного насыщения его парами воды, после чего начинается процесс интенсивного испарения. Конусную насадку 6 и трубчатый конусный элемент 7 устанавливают с зазором между их основаниями для обеспечения возможности циркуляции потоков в зоне наиболее мощного температурного воздействия. В корпусе 1 постоянно создается подпор жидкости насосом 12, который образует восходящий поток к центральной части корпуса 1, где температура потока повышается за счет температуры дымовых газов, часть подогретого потока попадает в переливную трубу 9 и через переливной порог 11 сливается в дополнительный корпус 2. Между корпусами 1 и 2 осуществляют циркуляцию обрабатываемого раствора, используя переливную трубу 9 и циркуляционную трубу 10 с насосом 12, перекачивающим раствор из дополнительного корпуса 2 в основной корпус 1. За счет циркуляции обеспечивают многократное попадание потока жидкости в зону пламени горелки 3. Постоянный уровень жидкости в корпусе 1 поддерживают с помощью переливного порога 11, установленного в переливной трубе 9. Поддержание постоянного уровня жидкости в корпусе 1 предотвращает оголение корпуса горелки 3, стенки корпуса 1 и конусной насадки 6, и защищает их от перегрева. Восходящий от циркуляционной трубы 10 поток свежего раствора защищает элементы конструкции корпуса 1 от термического и химического воздействия дымовых газов, выпара обрабатываемого раствора и вибраций, предохраняя их от разрушения. Твердые частицы продуктов сгорания, а также образуемые в процессе выпаривания воды кристаллы солей, выносятся с раствором в переливную трубу 9 и далее - в дополнительный корпус 2. После перелива раствора в дополнительный корпус 2 происходит испарение воды с поверхности горячего зеркала раствора, т.к., температура перелившегося из первого корпуса раствора на 3-8°С выше температуры его кипения. Из переливной трубы 9 в корпус 2 поступает перегретый раствор, а под слой горячей жидкости подают из патрубка 13 поток свежей, холодной жидкости. Одновременно с переливанием раствора по свободному от жидкости пространству переливной трубы 9 в дополнительный корпус 2 поступает паро-газовая смесь из корпуса 1 и попадает в объем парогазового пространства над зеркалом испарения 2-го корпуса. Далее газы из парогазовой смеси с высоким влагосодержанием выходят через патрубок отвода газов 15, а на распределительной решетке каплеотбойника 16 отделяются крупные капли жидкости и возвращаются в объем жидкости дополнительного корпуса 2. Твердые частицы продуктов сгорания, взвеси, кристаллизующиеся соли оседают в корпусе 2, собираясь в его конусной части. Периодически, по мере накопления осадка его выгружают в виде суспензии из корпуса 2 через патрубок слива 14 с целью дальнейшей утилизации или складирования. Выполнение устройства двухкорпусным позволяет разделить разные процессы: нагрева, выпаривания; отстоя, удаления осадка, повышает эффективность выпаривания. Процесс выпаривания происходит одновременно в обоих корпусах 1 и 2. В корпусе 1, где установлена газовая горелка 3 выпаривание идет из объема жидкости, более интенсивно и доля объема выпаривания из корпуса 1 составляет до 90%. В дополнительном корпусе 2 выпаривание идет только с поверхности зеркала жидкости и доля объема выпаривания составляет до 10%. Теплоту парообразования жидкости в кДж/кг при атмосферном давлении вычисляют по формуле:The flow of a contaminated liquid, for example, a water-methanol solution, is fed into the submersible combustion device through the contaminated solution supply pipe 13. The additional body 2 is filled with the solution 18 to be processed, and the solution is pumped using a pump 12 through the circulation pipe 10 into the main body 1, in which a submersible burner 3 is installed. The level of the solution in the housing 1 is kept constant by means of an overflow threshold 11 installed in the overflow pipe 9. The submersible burner 3 is positioned so that its nozzle is placed at a certain depth in the solution. Served in the burner 3 for combustion natural gas from the natural gas supply line. During the combustion of natural gas, a stream of hot flue gases is formed that exits the burner nozzle 3 and enters the cone nozzle 6. The flue gas flow expands, passing through the cone nozzle 6, the near-wall part of the flow is directed by internal ribs to the bubbling holes 17 located in the lower part of the nozzle 6 The flow of flue gases, when interacting with a liquid solution, is broken into many gas bubbles. Part of the flow changes its direction after passing through the bubbling holes 17 and turns around, breaking into bubbles and forming turbulence in the central part of the body 1, which is the zone of the most intense evaporation. The central part of the flue gas flow, emerging from the center of the cone nozzle 6, is also broken into gas bubbles when interacting with the solution liquid, rushes down, hits the inclined walls of the conical tubular element 7. The jets of gas bubble flow are reflected from the cone surface at different angles, collide between themselves, also forming a seething, turn around and change the direction of the flow to an upward movement. At the same time, a fresh solution is forcibly supplied from the circulation pipe 10 by pump 12 to the housing 1 through the opening for entering the treated solution 19, i.e., through the lower branch pipe of the housing 1. The temperature of the solution entering through the circulation pipe 10 from the additional housing 2 is lower than the temperature of the solution in the housing 1, where the liquid is heated by flue gases. In the lower part of the housing 1, the flow is also dispersed with the formation of bubbles, which, floating up in the liquid, entrain it along the annular space between the inner wall of the housing 1 and the outer wall of the cone element 7 and carry it to the central part of the housing 1. In this case, a colder upward flow protects the body 1 and the body of the submersible burner 3 from overheating and vibrations. The other part of the solution flow leaving the opening for the input of the treated solution 19 as a result of the backwater of the liquid by the pump 12 passes through the lower small hole 8 of the tubular cone element 7, gets inside it and mixes there with the unfolding flow of flue gases, dispersed into many individual bubbles. In housing 1, especially in its central part, there is a direct contact of flue gases with the solution. Combustion products, bubbling in the liquid and breaking up into gas bubbles, form a large interfacial surface for heat and mass transfer when they float. As a result, the treated solution is heated to the evaporation temperature and completely saturated with water vapor, after which the process of intensive evaporation begins. The cone nozzle 6 and the tubular conical element 7 are installed with a gap between their bases to enable the circulation of flows in the zone of the most powerful temperature effect. In the housing 1, a liquid backwater is constantly created by the pump 12, which forms an upward flow to the central part of the housing 1, where the flow temperature rises due to the temperature of the flue gases, part of the heated flow enters the overflow pipe 9 and merges through the overflow threshold 11 into the additional housing 2. Between housings 1 and 2 circulate the treated solution using an overflow pipe 9 and a circulation pipe 10 with a pump 12 pumping the solution from the additional housing 2 to the main housing 1. Due to the circulation, the liquid flow is repeatedly injected into the flame zone of the burner 3. A constant liquid level in body 1 is supported by means of an overflow threshold 11 installed in the overflow pipe 9. Maintaining a constant liquid level in the body 1 prevents the burner body 3, the wall of the body 1 and the cone nozzle 6 from being exposed and protects them from overheating. The flow of fresh solution ascending from the circulation pipe 10 protects the structural elements of the housing 1 from the thermal and chemical effects of flue gases, the evaporation of the processed solution and vibrations, protecting them from destruction. Solid particles of combustion products, as well as salt crystals formed during the evaporation of water, are carried out with the solution into the overflow pipe 9 and then into the additional building 2. After the solution is poured into the additional building 2, water evaporates from the surface of the hot solution mirror, because , the temperature of the solution poured from the first body is 3-8°C higher than its boiling point. From the overflow pipe 9, a superheated solution enters the housing 2, and a stream of fresh, cold liquid is fed from the pipe 13 under the layer of hot liquid. Simultaneously with the pouring of the solution through the liquid-free space of the overflow pipe 9, the steam-gas mixture from the housing 1 enters the additional building 2 and enters the volume of the steam-gas space above the evaporation mirror of the 2nd building. Further, gases from the vapor-gas mixture with a high moisture content exit through the gas outlet pipe 15, and large drops of liquid are separated on the distribution grid of the droplet separator 16 and returned to the liquid volume of the additional housing 2. Solid particles of combustion products, suspensions, crystallizing salts settle in the housing 2, gathering in its conical part. Periodically, as the sediment accumulates, it is discharged in the form of a suspension from the housing 2 through the drain pipe 14 for the purpose of further disposal or storage. The implementation of the device double-case allows you to separate different processes: heating, evaporation; sludge, sludge removal, improves evaporation efficiency. The evaporation process takes place simultaneously in both housings 1 and 2. In housing 1, where a gas burner 3 is installed, evaporation from the liquid volume is more intense and the proportion of the evaporation volume from housing 1 is up to 90%. In the additional body 2, evaporation occurs only from the surface of the liquid mirror and the proportion of the evaporation volume is up to 10%. The heat of vaporization of a liquid in kJ/kg at atmospheric pressure is calculated by the formula:

где T_к - температура кипения, K; М - молекулярная масса жидкости, кг/моль.where T _to - boiling point, K; M is the molecular weight of the liquid, kg/mol.

На практике водные растворы солей имеют концентрацию растворенных веществ меньшую, чем у насыщенных растворов. Выпаривание таких растворов производят в устройстве погружного горения до предельного насыщения или до пересыщения, а затем раствор передают на кристаллизацию и выделение солей.In practice, aqueous solutions of salts have a concentration of dissolved substances lower than that of saturated solutions. Evaporation of such solutions is carried out in an immersed combustion device to the limit of saturation or to supersaturation, and then the solution is transferred to crystallization and separation of salts.

Пример.Example.

В аппарат погружного горения подают исходный раствор CaCl₂ с исходной концентрацией 40 мас. % и при расходе 12 м³/ч. Давление в аппарате погружного горенеия составляет 1,1-1,3 кПа. Проводят выпаривание. Температура отходящих газов составляет 117-120°С. На выходе из устройства удаляют упаренный раствор CaCl₂ с концентрацией 55-73 мас. %. При этом, расход природного газа не превышет 300 нм³/ч, а расход атмосферного воздуха составлял 3000 нм³/ч. КПД заявляемого устройства, оцениваемый по количеству тепла непосредственно переданному раствору, составляет 95%. Далее упаренный раствор распыляют форсунками в сушилке кипящего слоя, где он подвергается окончательному обезвоживанию и превращается в готовый гранулированный продукт - безводный хлорид кальция.In the submersible combustion apparatus serves the original solution of CaCl ₂ with an initial concentration of 40 wt. % and at a flow rate of 12 m ³ /h. The pressure in the submersible combustion apparatus is 1.1-1.3 kPa. Evaporation is carried out. The flue gas temperature is 117-120°C. At the outlet of the device remove one stripped off solution of CaCl ₂ with a concentration of 55-73 wt. %. At the same time, the consumption of natural gas will not exceed 300 nm ³ /h, and the consumption of atmospheric air was 3000 nm ³ /h. The efficiency of the proposed device, estimated by the amount of heat directly transferred to the solution, is 95%. Next, the evaporated solution is sprayed with nozzles in a fluidized bed dryer, where it undergoes final dehydration and turns into a finished granular product - anhydrous calcium chloride.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность устройства погружного горения и повысить эффективности его работы.Thus, the claimed invention makes it possible to increase the reliability of the submersible combustion device and increase the efficiency of its operation.

Claims

Submersible combustion device, comprising a housing with a conical bottom and a submersible burner, a circulation pipe, a liquid inlet pipe, a drain pipe, a gas products outlet pipe, a cone nozzle with bubbling holes installed at the outlet end of the burner nozzle, characterized in that the housing is connected to an additional housing of the upper and the lower pipe to form a closed circuit, the upper pipe is an overflow pipe, and an overflow threshold is installed in it, the lower pipe is a circulation pipe in which a pump is installed that supplies liquid to the lower part of the body, a liquid inlet pipe, a drain pipe, a pipe for discharging gas products located in an additional housing, the conical bottom of the additional housing is located below the circulation pipe, a conical tubular element is installed in the housing coaxially with the cone nozzle, which with its large hole faces the conical nozzle, and with a smaller hole faces the fluid inlet from the circulation pipe ion tube, which is located in the center of the conical bottom of the housing.