RU2811237C1 - High-temperature flare unit for landfill gas treatment - Google Patents
High-temperature flare unit for landfill gas treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811237C1 RU2811237C1 RU2023120600A RU2023120600A RU2811237C1 RU 2811237 C1 RU2811237 C1 RU 2811237C1 RU 2023120600 A RU2023120600 A RU 2023120600A RU 2023120600 A RU2023120600 A RU 2023120600A RU 2811237 C1 RU2811237 C1 RU 2811237C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- landfill gas
- gas
- air
- ozonizer
- combustion
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 69
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 36
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 10
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 9
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 6
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N Ethylbenzene Chemical compound CCC1=CC=CC=C1 YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical class O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001335 Galvanized steel Inorganic materials 0.000 description 1
- LSDPWZHWYPCBBB-UHFFFAOYSA-N Methanethiol Chemical compound SC LSDPWZHWYPCBBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000008397 galvanized steel Substances 0.000 description 1
- 239000003031 high energy carrier Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 description 1
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD
Настоящее изобретение относится к безопасной и экономически эффективной эксплуатации действующих и прекративших прием отходов полигонов твердых бытовых отходов; твердых коммунальных отходов; промышленных отходов, а именно к разделу обезвреживания биогаза, образующегося в процессе разложения отходов в теле полигона.The present invention relates to the safe and cost-effective operation of existing and discontinued municipal solid waste landfills; municipal solid waste; industrial waste, namely to the section of neutralization of biogas generated during the decomposition of waste in the body of the landfill.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
В толще твердых коммунальных отходов, захороненных на полигоне ТКО, происходит биотермический анаэробный процесс распада органической составляющей отходов. Конечным продуктом этого распада является свалочный газ, основную объемную массу которого составляют метан и диоксид углерода. Также в состав свалочного газа входят оксид углерода, оксиды азота, аммиак, углеводороды и другие примеси, обладающие вредным для здоровья человека и окружающей среды воздействием. Количественный и качественный состав свалочного газа зависит от многих факторов, в том числе: от климатических и геологических условий места расположения полигона ТКО, морфологического и химического состава захораниваемых отходов, условий складирования (площадь, объем, глубина захоронения), влажности отходов, их плотности, и подлежит уточнению в каждом конкретном случае, но не ранее 2-х лет с начала эксплуатации полигона ТКО.In the thickness of solid municipal waste buried at a MSW landfill, a biothermal anaerobic process of decomposition of the organic component of the waste occurs. The final product of this decomposition is landfill gas, the bulk of which consists of methane and carbon dioxide. Landfill gas also contains carbon monoxide, nitrogen oxides, ammonia, hydrocarbons and other impurities that are harmful to human health and the environment. The quantitative and qualitative composition of landfill gas depends on many factors, including: the climatic and geological conditions of the location of the MSW landfill, the morphological and chemical composition of the buried waste, storage conditions (area, volume, burial depth), waste humidity, its density, and subject to clarification in each specific case, but not earlier than 2 years from the start of operation of the MSW landfill.
Для обезвреживания свалочного газа и снижения негативного воздействия полигонов захоронения ТКО на окружающую среду используют высокотемпературные факельные установки (ВФУ), в которых происходит термическое обезвреживание свалочного газа и его разложение до более простых веществ. Для интенсификации горения свалочного газа и увеличения эффективности факельной установки используют различные способы.To neutralize landfill gas and reduce the negative impact of solid waste disposal sites on the environment, high-temperature flare units (HFLs) are used, in which thermal neutralization of landfill gas occurs and its decomposition into simpler substances. To intensify the combustion of landfill gas and increase the efficiency of the flare plant, various methods are used.
Известен способ и устройство для термического дожигания углеводородсодержащих газов (Заявка на изобретение RU 2013152436, МПК F23J15/00, в котором восстановительный газ (свалочный газ) и окислительный газ (воздух) раздельно подают на дожигание в камеру сгорания и подвергают термическому дожиганию в камере сгорания, причем восстановительный газ во время подачи к камере сгорания подогревают рекуперативным способом посредством горячего чистого газа, прошедшего термическое дожигание и подводимого из камеры сгорания. Недостатком данного способа является высокие капитальные затраты на создание такого устройства, связанных с необходимостью установки сложного теплообменного оборудования.There is a known method and device for thermal afterburning of hydrocarbon-containing gases (Application for invention RU 2013152436, IPC F23J15/00, in which reducing gas (landfill gas) and oxidizing gas (air) are separately supplied for afterburning into the combustion chamber and subjected to thermal afterburning in the combustion chamber, wherein the reducing gas, when supplied to the combustion chamber, is heated recuperatively by means of hot clean gas that has undergone thermal afterburning and supplied from the combustion chamber.The disadvantage of this method is the high capital costs of creating such a device, associated with the need to install complex heat exchange equipment.
Известен способ очистки потоков отходящих газов, образующихся после сжигания отходов (Патент на изобретение RU2675897, МПК B01D 53/54), в котором поток отходящего газа сгорания содержит загрязняющие вещества, такие как оксиды азота, и его быстро охлаждают, затем подают в реакционную зону, где он контактирует с озоном в течение заданного периода времени.There is a known method for purifying waste gas streams generated after waste incineration (Patent for invention RU2675897, IPC B01D 53/54), in which the combustion waste gas stream contains pollutants such as nitrogen oxides, and is quickly cooled, then fed into the reaction zone, where it is in contact with ozone for a given period of time.
Недостатком этого способа является то, что в предлагаемом способе не происходит интенсификация процесса сгорания, а применение озона только для очистки отходящих газов неэффективно.The disadvantage of this method is that the proposed method does not intensify the combustion process, and the use of ozone only for cleaning exhaust gases is ineffective.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На фиг. 1 показана схема предлагаемой ВФУ.In fig. Figure 1 shows a diagram of the proposed VFU.
На фиг. 2 показаны характеристики сжигания в соответствии с избыточным воздухом и температурой сжигания.In fig. Figure 2 shows the combustion characteristics according to excess air and combustion temperature.
1 - горелка; 2 - трубопровод подачи свалочного газа; 3 - вентилятор; 4 - трубопровод подачи газа; 5 - факельная труба; 6 - озонатор; 7 - эжектор; 8 - камера сгорания; 9 - канал подачи вторичного воздуха.1 - burner; 2 - landfill gas supply pipeline; 3 - fan; 4 - gas supply pipeline; 5 - flare pipe; 6 - ozonator; 7 - ejector; 8 - combustion chamber; 9 - secondary air supply channel.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей заявленного изобретения является разработка высокотемпературной факельной установки (ВФУ), обладающей высокой эффективностью по утилизации биогаза при снижении загрязнения окружающей среды.The objective of the claimed invention is to develop a high-temperature flare unit (HFL) with high efficiency in biogas utilization while reducing environmental pollution.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности утилизации биогаза и снижение вредных выбросов в атмосферу.The technical result of the invention is to increase the efficiency of biogas utilization and reduce harmful emissions into the atmosphere.
Указанный технический результат достигается за счет того, что высокотемпературная факельная установка, содержащая факельную трубу, в которой выполнена камера сгорания над горелкой, установленной в нижней части факельной трубы, оборудованная раздельными трубопроводами подачи свалочного газа и воздуха, при этом в трубопроводе подачи воздуха последовательно установлены вентилятор, эжектор, выполненный с возможностью регулировки соотношения коэффициента избытка воздуха, и озонатор, причем длина участка трубопровода подачи воздуха от озонатора до горелки не превышает 10D, где D - диаметр трубопровода.The specified technical result is achieved due to the fact that a high-temperature flare installation containing a flare pipe in which a combustion chamber is made above a burner installed in the lower part of the flare pipe, equipped with separate pipelines for supplying landfill gas and air, while a fan is installed in series in the air supply pipe , an ejector configured to adjust the ratio of the excess air coefficient, and an ozonizer, wherein the length of the air supply pipeline section from the ozonizer to the burner does not exceed 10D, where D is the diameter of the pipeline.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
ВФУ включает в себя горелку 1, оборудованную раздельными трубопроводом 2 подачи в свалочного газа и трубопроводом 4 подачи воздуха, а над горелкой 1 выполнена камера сгорания 5. В трубопроводе 4 подачи воздуха, последовательно установлены вентилятор (3), регулируемый эжектор 7 и озонатор 6, причем длина участка трубопровода подачи воздуха от озонатора до горелки не превышает 10D, где D - диаметр трубопровода.The VFU includes a burner 1, equipped with a separate landfill gas supply pipeline 2 and an air supply pipeline 4, and a combustion chamber 5 is installed above the burner 1. In the air supply pipeline 4, a fan (3), an adjustable ejector 7 and an ozonizer 6 are installed in series. Moreover, the length of the air supply pipeline section from the ozonizer to the burner does not exceed 10D, where D is the diameter of the pipeline.
ВФУ работает следующим образом. Свалочный газ подается по трубопроводу 2 поступает в горелку 1. В эту же горелку 1 подается воздух, который поступает в горелки по трубопроводу 4 подачи воздуха. В трубопроводе 4 воздух последовательно проходит вентилятор 3, регулируемый эжектор 7 и озонатор 6.VFU works as follows. Landfill gas is supplied through pipeline 2 and enters burner 1. Air is supplied to the same burner 1, which enters the burners through air supply pipeline 4. In pipeline 4, air sequentially passes through fan 3, adjustable ejector 7 and ozonizer 6.
Вентилятор (3) необходим для обеспечения прокачки фиксированного расхода воздуха через трубопровод 4, с установленными в нем регулируемым эжектором 7 и озонатором 6.The fan (3) is necessary to ensure pumping of a fixed air flow through pipeline 4, with an adjustable ejector 7 and ozonizer 6 installed in it.
После смешивания воздуха и свалочного газа, происходит воспламенение топлива с образованием факела в камере сгорания 8, который обеспечивает сгорание свалочного газа в камере сгорания 8.After mixing air and landfill gas, the fuel ignites with the formation of a torch in the combustion chamber 8, which ensures the combustion of the landfill gas in the combustion chamber 8.
Перед обезвреживанием свалочного газа его необходимо осушить и очистить. Степень очистки свалочного зависит от его загрязненности. В тех случаях, когда свалочный газ содержит минимальное количество соединений серы и/или фтора и/или хлора возможно его обезвреживать в ВФУ без предварительной системы осушки и газоочистки.Before landfill gas is neutralized, it must be dried and purified. The degree of cleanup of a landfill depends on its contamination. In cases where landfill gas contains a minimum amount of sulfur and/or fluorine and/or chlorine compounds, it is possible to neutralize it in a VFU without a preliminary drying and gas purification system.
Предварительная система осушки и газоочистки свалочного газа (подготовка для термического обезвреживания) включает в себя:The preliminary system for drying and gas purification of landfill gas (preparation for thermal neutralization) includes:
- использование демистра в технологической схеме системы. Полотно демистра удаляет влагу из потока свалочного газа. Дополнительно вмонтированное нетканое полотно отделяет частички грязи. Степень очистки приблизительно соответствует газовому фильтру с единицей очистки 10 мкм;- use of demister in the technological scheme of the system. The demister sheet removes moisture from the landfill gas stream. An additional built-in non-woven fabric separates dirt particles. The degree of purification approximately corresponds to a gas filter with a purification unit of 10 microns;
- систему осушки и газоочистки свалочного газа предполагает наличие системы осушки угольного фильтра и скруббера, которые проектируются в зависимости от компонентного состава свалочного газа.- the system for drying and gas purification of landfill gas requires the presence of a drying system for a carbon filter and a scrubber, which are designed depending on the component composition of the landfill gas.
ВФУ предусмотрена для обезвреживания газа разной калорийности и работает стабильно при содержании метана от 25 до 100%. В особых случаях в ВФУ может обезвреживаться не только свалочный газ, но и шахтный газ или попутные газы, если объект находится недалеко от такого месторождения.The VFU is designed to neutralize gas of different calorific values and operates stably with a methane content of 25 to 100%. In special cases, the WFU can neutralize not only landfill gas, but also mine gas or associated gases if the facility is located near such a deposit.
Температура свалочного газа колеблется от 15 до 40°С.The temperature of landfill gas ranges from 15 to 40°C.
Применение предлагаемой технологии и оборудования возможно на полигонах, которые для размещения принимают только твердые коммунальные и подобные им отходы IV-V классов опасности. На полигонах и других ОРО, размещаемые на своих площадях промышленные отходы и отходы I-III классов опасности, радиоактивные отходы, а также отходы лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ), применение новой технологии нецелесообразно.The use of the proposed technology and equipment is possible at landfills that accept only solid municipal and similar waste of IV-V hazard classes for disposal. At landfills and other waste disposal facilities, where industrial waste and waste of hazard classes I-III, radioactive waste, as well as waste from medical institutions (HCIs) are placed on their premises, the use of new technology is impractical.
Описанная установка может применяться на полигонах ТКО в различных регионах России независимо от климатических, геологических, гидрологических и других характеристик района расположения полигона ТКО.The described installation can be used at MSW landfills in various regions of Russia, regardless of the climatic, geological, hydrological and other characteristics of the area where the MSW landfill is located.
Камера смешения ВФУ, изготовленная из оцинкованной стали (толщина слоя: ~200 мкм), в нижней части имеет устройство для подачи воздуха и горелки, а в верхней части камера смешения облицована керамической изоляцией. Камера сгорания снабжена изоляцией толщиной 100 мм, снаружи привинченной болтами, это исключает соприкосновение керамических волоконных элементов с огнем.The VFU mixing chamber, made of galvanized steel (layer thickness: ~200 µm), has a device for air supply and burners in the lower part, and in the upper part the mixing chamber is lined with ceramic insulation. The combustion chamber is equipped with 100 mm thick insulation, bolted on the outside, this prevents the ceramic fiber elements from coming into contact with the fire.
ВФУ соответствует самым высоким стандартам по выбросам. Она служит для сжигания газов, содержащих метан, при температуре выше 1100°С.VFU meets the highest emission standards. It is used to burn gases containing methane at temperatures above 1100°C.
При сжигании свалочного газа в реакции участвуют: оксид углерода, сероводород, аммиак, метан, фенол, формальдегид, толуол, ксилол, этилбензол, бензол, меркаптан, азот и кислород. В ходе реакций, образуются углекислый газ, вода, хлор, диоксид серы, а остаются азот и кислород, которые не требуются для реакции.When burning landfill gas, the reaction involves: carbon monoxide, hydrogen sulfide, ammonia, methane, phenol, formaldehyde, toluene, xylene, ethylbenzene, benzene, mercaptan, nitrogen and oxygen. During the reactions, carbon dioxide, water, chlorine, sulfur dioxide are formed, and nitrogen and oxygen remain, which are not required for the reaction.
Для того чтобы получить оптимальный результат, горение в ВФУ должно происходить при температуре минимум 1100°С. ВФУ разработана таким образом, что температура достигается для всех рабочих режимов и сохраняется в течение минимум 0,3 с. То есть, температура в каждой зоне факела равняется 1100°С. Значительное охлаждение происходит только после выпуска отработанного газа из факела.In order to obtain optimal results, combustion in the VFU must occur at a temperature of at least 1100°C. The VFU is designed in such a way that the temperature is reached for all operating modes and maintained for at least 0.3 s. That is, the temperature in each zone of the torch is 1100°C. Significant cooling occurs only after the exhaust gas is released from the flare.
Минимальное содержание СН4 составляет 25% об. ВФУ оснащена всеми необходимыми для автоматической работы устройствами.The minimum CH 4 content is 25% vol. The VFU is equipped with all the devices necessary for automatic operation.
На фиг. 2 показана типовая зависимость рабочих температур и концентраций соединений, образующихся при сжигании свалочного газа от коэффициента избытка воздуха.In fig. Figure 2 shows a typical dependence of operating temperatures and concentrations of compounds formed during the combustion of landfill gas on the excess air ratio.
Необходимое количество воздуха для процесса горения (обезвреживания) свалочного газа в высокотемпературной факельной установке постоянно регулируется, таким образом, чтобы, во-первых, горение (обезвреживание) происходило при температуре выше 1100°С и, во-вторых, коэффициент избытка воздуха должен быть около от 1,5 до 2.The required amount of air for the combustion process (neutralization) of landfill gas in a high-temperature flare installation is constantly adjusted so that, firstly, combustion (neutralization) occurs at a temperature above 1100 ° C and, secondly, the excess air coefficient should be about from 1.5 to 2.
Экспериментально доказано, что минимальные выбросы образуются при коэффициенте избытка воздуха равном 1,5-2.It has been experimentally proven that minimal emissions are generated when the excess air ratio is 1.5-2.
Соотношение свалочного газа и воздуха подлежит корректировке в соответствие с составом свалочного газа. При этом действует правило: чем выше избыток кислорода в газе на выходе и необходимый расход первичного воздуха на м3 в свалочном газе, тем лучше можно управлять системой обезвреживания газа. Важно избегать пониженного стехиометрического соотношения в свалочном газе/воздухе. Поэтому соотношение свалочного газа и первичного воздуха должно быть точно рассчитано.The ratio of landfill gas to air must be adjusted in accordance with the composition of the landfill gas. In this case, the rule applies: the higher the excess oxygen in the outlet gas and the required primary air flow per m 3 in the landfill gas, the better the gas neutralization system can be controlled. It is important to avoid low stoichiometric ratios in landfill gas/air. Therefore, the ratio of landfill gas and primary air must be accurately calculated.
Регулируемый эжектор необходим для поддержания требуемого стехиометрического коэффициента избытка воздуха в смеси в горелке, обеспечивающего полное сгорание свалочного газа при изменении состава свалочного газа. Регулируемый эжектор изменяет расход вторичного воздуха, который подается в него через канал 9 подачи вторичного газа, далее вторичный газ из эжектора подается подаваемого в трубопровод 4 подачи воздуха. Подача вторичного воздуха осуществляется при изменении состава свалочного газа. Состав свалочного газа при этом определяется поточным хроматографом.An adjustable ejector is necessary to maintain the required stoichiometric coefficient of excess air in the mixture in the burner, ensuring complete combustion of the landfill gas when the composition of the landfill gas changes. The adjustable ejector changes the flow of secondary air, which is supplied to it through the secondary gas supply channel 9, then the secondary gas from the ejector is supplied to the air supply pipeline 4. Secondary air is supplied when the composition of the landfill gas changes. The composition of landfill gas is determined by a flow chromatograph.
В качестве регулируемого эжектора может быть использована регулируемая эжекторная установка, состоящая из нескольких эжекторов, которые при изменении расхода свалочного газа автоматически подключаются или отключаются. Схема такой регулируемой эжекторной установки и принцип ее работы детально описан патенте RU2786845. Использование такой эжекторной установки обеспечивает гарантированное сгорание свалочного газа при изменении его расхода.As an adjustable ejector, an adjustable ejector installation can be used, consisting of several ejectors, which are automatically connected or disconnected when the flow rate of landfill gas changes. The diagram of such an adjustable ejector installation and the principle of its operation are described in detail in patent RU2786845. The use of such an ejector installation ensures guaranteed combustion of landfill gas when its flow rate changes.
В озонаторе 6 происходит генерация озона, например, посредством электрического разряда.In the ozonizer 6, ozone is generated, for example, by means of an electrical discharge.
Озон получается в результате присоединения к молекулам Ог свободных атомов кислорода, которые образуются из его молекул различными способами, например: под воздействием электрических разрядов, ультрафиолетового излучения, потока гамма-частиц и других носителей высокой энергии. При этом реакция является эндотермической, так как для получения 1 моля озона необходимо затратить 142,5 кДж:Ozone is obtained as a result of the addition of free oxygen atoms to O2 molecules, which are formed from its molecules in various ways, for example: under the influence of electrical discharges, ultraviolet radiation, a flow of gamma particles and other high-energy carriers. In this case, the reaction is endothermic, since to obtain 1 mole of ozone it is necessary to expend 142.5 kJ:
3O2=2O3-285 кДж.3O 2 =2O 3 -285 kJ.
Эффективность окислителя определяется по его электрохимическому, иначе говоря, окислительному потенциалу, выраженному в вольтах. Озон, с окислительным потенциалом 2,07 В, своей высокой активностью обязан, прежде всего, атомарному кислороду (окислительный потенциал 2,42 В), который он легко отдает при диссоциации молекулы в химической реакции. В свободных радикалах кислорода электрон является свободной частичкой молекулы и вступает в реакции окисления значительно легче, чем не активированная молекула кислорода. Это существенный фактор, определяющий использование озона для интенсификации горения.The effectiveness of an oxidizer is determined by its electrochemical, in other words, oxidation potential, expressed in volts. Ozone, with an oxidation potential of 2.07 V, owes its high activity primarily to atomic oxygen (oxidation potential 2.42 V), which it easily gives up when the molecule dissociates in a chemical reaction. In oxygen free radicals, the electron is a free particle of the molecule and enters into oxidation reactions much more easily than an unactivated oxygen molecule. This is a significant factor determining the use of ozone to intensify combustion.
Озон устраняет период индукции, то есть временную задержку начала реакции, характерную для окисления насыщенных углеводородов. При этом окисление углеводородов ускоряется чрезвычайно малым количеством озона. Озон начинает термически разлагаться при температуре порядка 100°С, поэтому при более низких температурах окисление углеводородов происходит преимущественно при реакции с озоном. Об этом свидетельствуют многочисленные теоретические и экспериментальные исследования.Ozone eliminates the induction period, that is, the time delay in the onset of the reaction characteristic of the oxidation of saturated hydrocarbons. In this case, the oxidation of hydrocarbons is accelerated by an extremely small amount of ozone. Ozone begins to thermally decompose at a temperature of about 100°C, therefore, at lower temperatures, the oxidation of hydrocarbons occurs mainly by reaction with ozone. This is evidenced by numerous theoretical and experimental studies.
При температурах, превышающих 100°С, заметную роль начинает играть атомарный кислород, образующийся при распаде озона на О2 и О. Влияние озона на кинетику окисления газа обусловлено в основном его ролью в инициировании цепной реакции. Эффективная энергия активации окисления газа в присутствии озона значительно снижается, что довольно сильно изменяет условия воспламенения, сдвигая нижний предел воспламенения в сторону более низких температур и давлений. Кроме того, озон ускоряет распространение пламени в смесях газа с воздухом в результате ускорения окислительных реакций. А окислительные реакции, в нашем случае, это и есть процесс горения.At temperatures exceeding 100°C, atomic oxygen, formed during the decomposition of ozone into O2 and O, begins to play a significant role. The influence of ozone on the kinetics of gas oxidation is mainly due to its role in initiating a chain reaction. The effective activation energy for gas oxidation in the presence of ozone is significantly reduced, which quite significantly changes the ignition conditions, shifting the lower ignition limit towards lower temperatures and pressures. In addition, ozone accelerates the spread of flame in gas-air mixtures as a result of accelerating oxidative reactions. And oxidative reactions, in our case, are the combustion process.
Оптимизация по концентрации озона в газо-воздушной смеси проводится на основании химического анализа продуктов реакции состава дымовых газов, с контролем содержания кислорода О2, диоксида углерода (СО2), угарного газа (СО), оксидов азота (NO, NO2), а также углеводородов (CnHm).Optimization of the ozone concentration in the gas-air mixture is carried out on the basis of a chemical analysis of the reaction products of the flue gas composition, with control of the content of oxygen O 2 , carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO, NO 2 ), and also hydrocarbons ( CnHm ).
Работа озонатора позволяет существенно уменьшить высоту факельной установки и достичь полного сгорания углеводорода и других примесей, содержащихся в свалочном газе. Мощность озонатора подбирается исходя из расхода свалочного газа. Проведенные опытно-промышленные испытания факельной установки показали, что при расходе свалочного газа 1000 нм3/час оптимальная мощность озонатора составляет 4 кВт. При этом озонатор производил 200 г/час озона.The operation of the ozonator makes it possible to significantly reduce the height of the flare and achieve complete combustion of hydrocarbons and other impurities contained in the landfill gas. The power of the ozonizer is selected based on the consumption of landfill gas. Pilot tests of the flare installation showed that with a landfill gas flow rate of 1000 nm3/hour, the optimal ozonator power is 4 kW. At the same time, the ozonator produced 200 g/hour of ozone.
Существенную роль для работы описанной установки играет длина трубопровода от озонатора до горелок, т.к. в этом трубопроводе происходит разрушение озона. Для замедления процесса разрушения озона рекомендуется трубопровод от озонатора до горелок изготавливать из керамики или пластмасс. А как показали испытания опытной факельной установки, длина участка трубопровода подачи воздуха от озонатора до горелки не должна превышать 10D, где D - диаметр трубопровода, в противном случае в горелку 1 поступает не озонированный воздух.An essential role for the operation of the described installation is played by the length of the pipeline from the ozonizer to the burners, because Ozone destruction occurs in this pipeline. To slow down the process of ozone destruction, it is recommended that the pipeline from the ozonizer to the burners be made of ceramics or plastics. And as tests of an experimental flare installation have shown, the length of the air supply pipeline from the ozonizer to the burner should not exceed 10D, where D is the diameter of the pipeline, otherwise non-ozonized air enters burner 1.
Сероводород (H2S), небольшое количество которого присутствует в свалочном газе, также сжигается и тем самым обезвреживается. Повышенное содержание сероводорода, возможно, приведет к большей степени износа арматуры и горелки. Поэтому концентрация H2S в горящем свалочном газе не должна превышать 1500 ppm.Hydrogen sulfide (H 2 S), a small amount of which is present in landfill gas, is also burned and thereby neutralized. Increased hydrogen sulfide content may lead to greater wear on the fittings and burner. Therefore, the concentration of H 2 S in burning landfill gas should not exceed 1500 ppm.
Оптимальная высота камеры сгорания составляет 10 и более метров.The optimal height of the combustion chamber is 10 meters or more.
Благодаря достигнутому фактическому равномерному температурному распределению и времени задержания в этой температурной зоне достигается экологически безопасный процесс горения.Thanks to the achieved virtually uniform temperature distribution and retention time in this temperature zone, an environmentally friendly combustion process is achieved.
Материальный баланс процесса сжигания свалочного газа основывается на реакциях, приведенных в таблице 1, преимущественно окислительно-восстановительных между исходными горючими веществами и окислителем (кислородом воздуха) и реакций с водяным паром с образованием продуктов горения (ПГ).The material balance of the landfill gas combustion process is based on the reactions shown in Table 1, mainly redox reactions between the original combustible substances and the oxidizer (air oxygen) and reactions with water vapor to form combustion products (GHGs).
Теоретический расход воздуха на горение рассчитывается по уравнению материального баланса горения с учетом стехиометрических коэффициентов. Азот в процессе горения органических веществ принимает участие лишь как компонент, участвующий в образовании окислов азота (преимущественно NO). Последние присутствуют в свалочном газе и дымовом газе как малозначимые примеси, не влияющие на балансовые соотношения.The theoretical combustion air consumption is calculated using the combustion material balance equation, taking into account stoichiometric coefficients. Nitrogen takes part in the combustion process of organic substances only as a component involved in the formation of nitrogen oxides (mainly NO). The latter are present in landfill gas and flue gas as minor impurities that do not affect the balance ratios.
Реальное количество воздуха, участвующего в сжигании свалочного газа, больше теоретического. Это объясняется тем, что теоретический расход воздуха рассчитывается только по уравнению химической реакции окисления, а при горении необходимо обеспечить избыток кислорода с тем, чтобы обеспечить полноту окисления горючих компонентов, в том числе в тех зонах пламени, где вследствие несовершенства смешения газов концентрация кислорода ниже средней в реакционной смеси. Вследствие этого для расчета материального баланса процесса сжигания свалочного газа в закрытой факельной установке необходимо учитывать коэффициент избытка воздуха.The actual amount of air involved in the combustion of landfill gas is greater than the theoretical one. This is explained by the fact that the theoretical air flow is calculated only from the equation of the chemical reaction of oxidation, and during combustion it is necessary to provide an excess of oxygen in order to ensure complete oxidation of combustible components, including in those flame zones where, due to imperfect mixing of gases, the oxygen concentration is below average in the reaction mixture. As a result, to calculate the material balance of the landfill gas combustion process in a closed flare, it is necessary to take into account the excess air coefficient.
В таблице 2 приведен материальный баланс процесса сжигания свалочного газа в ВФУ при различных нагрузках (в избытке воздуха (λ=2) при различных нагрузках).Table 2 shows the material balance of the landfill gas combustion process in the WFU at various loads (in excess air (λ=2) at various loads).
В таблице 3 производен расчет на один высокотемпературный факел при различной мощности (500, 1500 и 2500 нм3/ч).Table 3 shows calculations for one high-temperature torch at different powers (500, 1500 and 2500 nm 3 /h).
В таблице 3 представлены характеристики выбросов компонентов свалочного газа после обезвреживания на ВФУ.Table 3 presents the characteristics of emissions of landfill gas components after neutralization at the VFU.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811237C1 true RU2811237C1 (en) | 2024-01-11 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535296C2 (en) * | 2012-12-04 | 2014-12-10 | Сергей Андреевич Андреев | Heating device |
| RU2013152436A (en) * | 2012-11-29 | 2015-06-10 | С-нокс ГмбХ унд Ко. КГ | METHOD AND DEVICE FOR THERMAL BURNING OF HYDROCARBON-CONTAINING GASES |
| RU2675897C2 (en) * | 2013-09-25 | 2018-12-25 | Линде Акциенгезелльшафт | Methods for treating waste gas streams from waste incineration processes |
| RU2731462C1 (en) * | 2019-09-06 | 2020-09-03 | Станислав Васильевич Михайлин | Method of preparing gaseous fuel and air before feeding into fuel-burning device |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2013152436A (en) * | 2012-11-29 | 2015-06-10 | С-нокс ГмбХ унд Ко. КГ | METHOD AND DEVICE FOR THERMAL BURNING OF HYDROCARBON-CONTAINING GASES |
| RU2535296C2 (en) * | 2012-12-04 | 2014-12-10 | Сергей Андреевич Андреев | Heating device |
| RU2675897C2 (en) * | 2013-09-25 | 2018-12-25 | Линде Акциенгезелльшафт | Methods for treating waste gas streams from waste incineration processes |
| RU2731462C1 (en) * | 2019-09-06 | 2020-09-03 | Станислав Васильевич Михайлин | Method of preparing gaseous fuel and air before feeding into fuel-burning device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3873671A (en) | Process for disposal of oxides of nitrogen | |
| JPH0613718B2 (en) | Reactor for producing generator gas | |
| Chang et al. | Thermal plasma pyrolysis of used old tires for production of syngas | |
| RU2675897C2 (en) | Methods for treating waste gas streams from waste incineration processes | |
| SE452255B (en) | SET FOR PURIFICATION OF EXHAUST GAS FROM TOXIC CHLORINE COMPOUNDS AND / OR WEIGHTER THE FLASK, AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION OF THE SET | |
| JP2004532967A (en) | Incineration process using high concentration of oxygen | |
| Kosowska-Golachowska et al. | Gaseous emissions during oxy-fuel combustion of sewage sludge in a circulating fluidized bed | |
| RU98101335A (en) | METHOD FOR PROCESSING CONDENSED FUELS | |
| KR100529826B1 (en) | Device and method for waste processing using Plasma pyrolysis | |
| Ma et al. | Gas emission characteristics of sewage sludge co-combustion with coal: Effect of oxygen atmosphere and feedstock mixing ratio | |
| RU2811237C1 (en) | High-temperature flare unit for landfill gas treatment | |
| Zajemska et al. | Formation of pollutants in the process of co-combustion of different biomass grades | |
| RU2683064C1 (en) | Gas generator-power plant | |
| Li et al. | Effects of atmosphere and blending ratios on emission characteristics of pollutants from co‐combustion of municipal solid waste and aged refuse | |
| EP1071912B1 (en) | Method and apparatus for the prevention of global warming, through elimination of hazardous exhaust gases of waste and/or fuel burners | |
| KR20110138105A (en) | Apparatus for continuous pyrolysis and method thereof | |
| CN111023119A (en) | VOCs waste gas treatment method and treatment device | |
| RU2809374C1 (en) | Method of plasmothermal processing of solid waste | |
| RU2221197C2 (en) | Method of solid domestic waste cyclic incineration | |
| CN214223104U (en) | Magnetization decomposition device for medical waste treatment | |
| RU2407947C1 (en) | Hydrocarbon fuel combustion method | |
| KR100794238B1 (en) | Exahaust gas processing device for Energy Efficient using of Microwave electric heating element and Plasma ultraviolet rays lamp | |
| SU949295A1 (en) | Method and apparatus for detoxication of gaseous toxic effluents | |
| SU1044894A1 (en) | Method of decontaminating waste gases | |
| JPH08247423A (en) | Dual-flow type garbage incinerator |