СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ
METHOD OF CLEANING GASES FROM DUST

Изобретение относится к технологии очистки газов от пыли в теплоэнергетике, черной и цветной металлургии.
Известен способ очистки газов от пыли, заключающийся в тангенциальном подводе запыленного газа, очистке газа от пыли за счет действия центробежных сил, отделения пыли от газа в зоне разворота очищенного газа (см. Пылеулавливание в металлургии. Справочник / В.М. Алешина, А.Ю. Вальдберг, Г.М. Гордон и др., М.: Металлургия, 1984, с. 48-52). Недостатком известного способа очистки газов является низкая эффективность процесса пылеулавливания.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки газов от пыли, включающий ввод в циклон с верхним осевым выхлопным патрубком очищаемого газа, очистку газа от пыли в цилиндрическом корпусе за счет действия центробежных сил при поступательном движении вращающегося потока сверху вниз с разворотом очищенного потока вверх, сбор потока уловленной пыли, распыление вспомогательной коагулирующей жидкости в форме струй, ориентированных на поток уловленной пыли, с образованием смеси уловленной пыли и жидкости, брикетирование смеси на вальцовом прессе (см. Патент №2392059, Россия, МПК 8 В04С 5/18, заявлено 24.04.09, опубликовано 20.06.10, Бюлл. №17).
Техническая проблема заключается в том, что в процессе очистки газов от пыли сечение корпуса циклона не полностью перекрывается струями орошающей коагулирующей жидкости, что снижает эффективность очистки газов от пыли, а образующиеся брикеты не успевают после брикетирования высушиться и упрочниться и в пластическом состоянии загружаются в накопительный бункер, где способны деформироваться и разрушаться. Это нарушает стабильность брикетирования и функционирование способа очистки газов от пыли. Для устранения этих недостатков необходимо создать такие технологические условия очистки газов и брикетирования смеси и выполнить конструктивные изменения в циклоне, которые позволяют обеспечить стабильность брикетирования и повысить степень очистки газов от пыли.
Решение технической проблемы заключается в необходимости полного перекрытия сечения корпуса циклона струями орошающей коагулирующей жидкости и повышения степени очистки газов от пыли. Для ускорения затвердевания и упрочнения брикетов необходимо одновременно с очисткой газов организовать упрочняющую сушку брикетов непосредственно после брикетирования смеси. Для решения технической проблемы в рабочем пространстве циклона необходимо сформировать дополнительные периферийные струи орошающей коагулирующей жидкости, ориентированные на внутреннюю поверхность корпуса циклона, а после брикетирования сформировать слой окатышей, который в течение некоторого времени способен сушиться на сетчатой решетке потоком нагретого очищаемого газа. В результате предложенных мероприятий произойдет повышение степени очистки газов от пыли и стабильности брикетирования.
Для решения технической проблемы в способе очистки газов от пыли, включающем ввод в циклон с верхним осевым выхлопным патрубком очищаемого газа, очистку газа от пыли в цилиндрическом корпусе за счет действия центробежных сил при поступательном движении вращающегося потока сверху вниз с разворотом очищенного потока вверх, сбор потока уловленной пыли, распыление вспомогательной коагулирующей жидкости в форме струй, ориентированных на поток уловленной пыли, с образованием смеси уловленной пыли и вспомогательной коагулирующей жидкости, брикетирование смеси уловленной пыли и вспомогательной коагулирующей жидкости на вальцовом прессе, расположенном в нижней части корпуса циклона, причем после брикетирования смеси уловленной пыли и вспомогательной коагулирующей жидкости брикеты накапливают в форме слоя на поворотной сетчатой решетке, располагаемой под вальцами пресса, к которой с помощью дополнительного газопровода подводят часть очищаемого газа в количестве 5-15% от расхода очищаемого газа, при этом в корпусе циклона формируют дополнительные периферийные струи вспомогательной коагулирующей жидкости, которые ориентируют на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса циклона, а нижнюю часть корпуса циклона теплоизолируют.
Сущность изобретения заключается в следующем. Под вальцами пресса устанавливают проницаемую для очищаемых газов сетчатую решетку, состоящую из двух полукруглых частей, полностью перекрывающих сечение канала, по которому транспортируют брикеты. Решетки располагаются горизонтально и каждая полукруглая часть имеет возможность наклона внутрь канала вокруг поворотной оси, закрепленной на корпусе канала. Горизонтальное положение решеток обеспечивает пружина, установленная на поворотной оси, и упор. После брикетирования смеси уловленной пыли и вспомогательной коагулирующей жидкости брикеты накапливают в форме слоя на поворотной сетчатой решетке, к которой с помощью дополнительного газопровода подводят часть (5-15% его расхода) очищаемого газа, в форме горячих струй, истекающих из соплового устройства кольцевой формы. Горячий очищаемый газ подводится к сопловому устройству с помощью дополнительного газопровода, соединенного с подводящим патрубком очищаемого газа. Расход газа через дополнительный газопровод регулируется запорным устройством. Сырые брикеты в форме слоя в течение некоторого времени (10-15 минут) накапливаются на сетчатой решетке и высушиваются горячим газом, проходящим через ячейки сетчатой решетки и пустоты слоя. Проходя через пустоты слоя брикетов частицы пыли, содержащиеся в газе, осаждаются на поверхности влажных брикетов по механизму инерционного захвата пыли. По истечении времени сушки масса слоя брикетов превышает некоторое критическое значение массы и поворотные решетки наклоняются вокруг оси вниз, формируя щелевое отверстие, в которое в первую очередь ссыпаются высушенные брикеты, располагающиеся на поверхности решеток. После ссыпания части брикетов масса слоя на поворотных решетках уменьшается, и сетчатые решетки вновь принимают горизонтальное положение и сушка сырых брикетов верхней части слоя и вновь загруженных брикетов из пресса продолжается. В процессе работы вальцового пресса масса слоя вновь растет и процесс разгрузки сетчатых решеток от высушенных брикетов повторяется автоматически. Отработанный горячий газ, выходящий из слоя брикетов, удаляется через зазор между вальцами и корпусом циклона и поступает в рабочее пространство циклона, где проходит через поток орошаемой коагулирующей жидкости. При этом происходит нагрев вальцов пресса, и процесс брикетирования сопровождается нагревом брикетов еще до сушки брикетов на сетчатых решетках. Для снижения тепловых потерь из зоны сушки брикетов и области нагрева вальцов нижнюю часть корпуса циклона теплоизолируют. Эти технические решения позволяют ускорить процессы сушки и упрочнения брикетов и стабилизировать процесс брикетирования. Для повышения степени очистки газов от пыли в корпусе циклона формируют дополнительные периферийные струи вспомогательной коагулирующей жидкости, которые ориентируют на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса циклона. В результате этого решения внутренняя поверхность корпуса циклона постоянно покрыта слоем коагулирующей жидкости, на которой непрерывно осаждаются частицы, уловленные центробежной очисткой. Периферийные струи также позволяют исключить влияние пристеночного эффекта корпуса циклона на очистку газов, выходящих через кольцевой зазор из зоны сушки слоя брикетов, и полностью перекрыть сечение корпуса циклона для орошения газа вспомогательной коагулирующей жидкостью. Пристеночный эффект заключается в превалирующем движении газов, выходящих через кольцевой зазор из зоны сушки, на поверхности корпуса циклона.
Количество газа, подаваемого с помощью дополнительного газопровода к сетчатой решетке, должно составлять 5-15% от всего расхода очищаемого газа. Если количество газа, подаваемого с помощью дополнительного газопровода к сетчатой решетке, будет составлять менее 5% от всего расхода очищаемого газа, то эффективность сушки брикетов будет снижена и стабильность брикетирования будет нарушена. Если количество газа, подаваемого с помощью дополнительного газопровода к сетчатой решетке, будет составлять более 15% от всего расхода очищаемого газа, то нарушится аэродинамический режим работы циклона и снизится эффективность очистки газов от пыли, что противоречит задаче изобретения.
Из уровня техники известен способ очистки газов от пыли (патент РФ №2531313, Опубл. 20.10.2014, Бюлл. №29), в котором в качестве сушильного агента (теплоносителя) используют струи водяного пара. В известном техническом решении отсутствует слой брикетов и не реализуется более эффективная слоевая конвективная сушка брикетов на проницаемой сеточной решетке. В известном решении не предусмотрен тракт удаления теплоносителя (водяного пара) через кольцевой зазор между вальцами и корпусом циклона в рабочее пространство устройства, что приводит к конденсации влаги и необходимости ее удаления из сборника брикетов. На этом основании делаем вывод о том, что газообразный теплоноситель более эффективен в процессе сушки брикетов. На основании изложенного считаем, что отличительные признаки предлагаемого технического решения впервые предложены в технике пылеулавливания и брикетирования уловленной пыли.
Отличительные признаки способа получения окатышей, предложенные в заявленной последовательности, формируют новые положительные свойства: многофункциональное назначение предварительно сформированного слоя брикетов на проницаемой сеточной решетке - эффективного уловителя пыли из запыленного очищаемого газа (газообразного теплоносителя) и объекта для эффективной сушки и упрочнения; сопутствующий нагрев валков пресса очищаемым газом, позволяющий ускорить сушку брикетов нагретыми ваьцами перед слоевой сушкой брикетов одновременно с брикетированием смеси; организация дополнительных периферийных струй вспомогательной коагулирующей жидкости, ориентированных на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса циклона, в результате чего внутренняя поверхность корпуса циклона постоянно покрыта слоем коагулирующей жидкости, на котором непрерывно осаждаются частицы, уловленные центробежной очисткой; исключение влияния пристеночного эффекта корпуса циклона на очистку газов, выходящих через кольцевой зазор из зоны сушки слоя брикетов; организация полного перекрытия сечения корпуса циклона горизонтальными струями вспомогательной коагулирующей жидкости. Заявленные параметры и новые свойства способа очистки газов от пыли позволяют решить указанную техническую проблему и повысить степень очистки газов от пыли и обеспечить стабильность брикетирования.
Способ очистки газов от пыли реализуется с помощью циклона, представленного на фигурах 1 и 2. На фигуре 1 показано устройство, в котором способ очистки газов реализуется при слоевой сушке слоя влажных брикетов на сетчатой решетке, расположенной в горизонтальном положении. На фигуре 2 показано тоже устройство, в котором сетчатая решетка расположена в наклонном положении, обеспечивающем транспортирование высушенных брикетов в накопительный бункер. Циклон содержит подводящий патрубок 1, цилиндрический корпус 2, выхлопной патрубок 3, трубопровод 4 для подачи вспомогательной коагулирующей жидкости, вальцовый пресс 5, канал 6. Канал 6 необходим для транспортирования брикетов из пресса 5 в сборный бункер. Устройство дополнительно снабжено поворотными сетчатыми решетками 7 и сопловым коллектором 8 кольцевой формы, расположенными в канале для транспортирования брикетов 6. К сопловому коллектору подведен дополнительный газопровод 9, соединенный с подводящим патрубком 1. Канал 6 и сетчатые решетки 7 выполняют функцию накопителя брикетов в форме слоя и позволяют подвести к слою часть очищаемого газа для сушки. Канал для транспортирования брикетов 6 и вальцовый пресс 5 снабжены тепловой изоляцией 10. В процессе работы устройства в пылеуловителе формируются струи 11 вспомогательной коагулирующей жидкости и дополнительные периферийные струи 12 вспомогательной коагулирующей жидкости, ориентированные на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса циклона. Струи 11 и струи 12 имеют общий трубопровод 4 жидкости. В процессе очистки газов формируется смесь уловленной пыли и вспомогательной коагулирующей жидкости 13. В ходе брикетирования смеси формируются брикеты 14. Для регулирования расхода очищаемого газа через дополнительный газопровод 9 служит запорная арматура 15.
Способ очистки газов от пыли осуществляется следующим образом. Поток очищаемого запыленного газа тангенциально подается через подводящий патрубок 1 в цилиндрический корпус 2 циклона. Периферийные струи 12, ориентированные на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса циклона, полностью перекрывают сечение корпуса циклона для орошения очищаемого газа вспомогательной коагулирующей жидкостью и формируют на внутренней поверхности корпуса циклона слой жидкости. В процессе очистки очищаемого газа за счет действия центробежных сил происходит отделение твердых частиц от газового потока на внутренней поверхности корпуса циклона, покрытой жидкостью, и они поступают в нижнюю часть корпуса циклона. В нижней части корпуса циклона частицы орошаются коагулирующей жидкостью, подаваемой через трубопровод 4 в виде струй 11, и формируют смесь 13 уловленной пыли и коагулирующей жидкости. Смесь пыли и жидкости поступает в загрузочный узел вальцового пресса 5, где брикетируется с получением брикетов 14. После брикетирования смеси полученные влажные брикеты в течение некоторого времени накапливаются в виде слоя на поворотных сетчатых решетках 7 в канале для транспортирования брикетов 6. Для сушки влажных брикетов к нижней части сетчатых решеток 7 подводится горячий очищаемый газ через сопловой коллектор 8 кольцевой формы. К сопловому коллектору 8 подведен дополнительный газопровод 9, соединенный с подводящим патрубком 1. Для регулирования расхода очищаемого газа через дополнительный газопровод 9 служит запорная арматура 15. Нагретый горячий газ проходит через слой брикетов, расположенных на решетках 7 (фигура 1). При этом происходит конвективная термическая сушка брикетов и частичная очистка газов на влажной поверхности брикетов, за счет инерционного захвата пыли влажной поверхностью брикетов. После завершения сушки брикетов сетчатая решетка наклоняется вниз и сухие брикеты через образовавшийся зазор ссыпаются в накопительный бункер (фигура 2). После ссыпания брикетов в бункер первоначальное положение сетчатой решетки восстанавливается, и процесс накопления и сушки брикетов повторяется автоматически. Отработанные очищаемые газы проходят по кольцевому зазору (на фигуре не показано), образованному вальцами пресса 5 и корпусом циклона, нагревая валки до определенной температуры. Нагретые вальцы участвуют в контактной (кондуктивной) сушке брикетов. Для снижения тепловых потерь нижняя часть корпуса циклона, в которой расположены вальцовый пресс 5 и канал 6, снабжена тепловой изоляцией 10. На выходе из кольцевого зазора отработанные газы орошаются струями Ни периферийными струями 12 вспомогательной коагулирующей жидкости и очищаются до необходимой концентрации. Периферийные струи 12 позволяют исключить влияние пристеночного эффекта корпуса циклона на очистку газов и полностью перекрыть сечение корпуса циклона для орошения запыленного газа вспомогательной коагулирующей жидкостью. Очищенные газы через осевой выхлопной патрубок 3 удаляются в окружающую среду.
Пример. Отработку способа очистки газов от пыли осуществляли на лабораторном центробежном пылеуловителе диаметром 300 мм, изготовленном согласно приведенной технической схеме. Он был установлен на дымовом тракте лабораторного котлоагрегата, работающего на каменном угле Ерунаковского месторождения. Расход топлива на котлоагрегате составлял 20-25 кг/ч, а температура очищаемых газов поддерживалась на уровне 250-300°С. Циклон был снабжен системой подачи вспомогательной коагулирующей жидкости, вальцовым прессом, расположенным в нижней части корпуса циклона. Поворотная сетчатая решетка с квадратными ячейками размером 10×10 мм была выполнена в форме полукруглых частей диаметром 100 мм, располагаемыми в металлическом канале. За сетчатой решеткой (на расстоянии 15 мм) располагалось сопловое устройство кольцеобразной формы, к которому с помощью дополнительного газопровода подводили очищаемый газ в количестве 5-15% от расхода очищаемого запыленного газа. В качестве вспомогательной коагулирующей жидкости использовали сульфитдрожжевую бражку (СДБ). Орошающее устройство для распыления коагулирующей жидкости было снабжено дополнительными периферийными струями, ориентированными на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса циклона. Нижняя часть корпуса циклона была теплоизолирована рулонной теплоизоляционной каолиновой ватой толщиной 50 мм. В работе меняли расход очищаемых газов, подводимых к слою брикетов с помощью дополнительного газопровода к сопловому устройству. Эффективность пылеулавливания определяли по методу внешней фильтрации. Стабильность брикетирования устанавливали по массовому выходу кондиционных брикетов размером 15×15 мм и по величине их прочности на сжатие. Результаты экспериментов представлены в таблице.
В результате экспериментов установили, что предлагаемый способ очистки газов от пыли позволяет повысить степень очистки газов от пыли на 1,1-2,5% (абс.) и стабильность брикетирования по увеличению выхода кондиционных брикетов на 1,1-3,8% (абс.).