СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ
METHOD OF DUST REMOVAL FROM GASES

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 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, подачу вспомогательной коагулирующей жидкости, ориентированной на поток уловленной пыли с образованием смеси уловленной пыли и вспомогательной коагулирующей жидкости, брикетирование смеси уловленной пыли и вспомогательной коагулирующей жидкости на вальцовом прессе, установленном в нижней части корпуса циклона, с образованием потока брикетов в надбункерном пространстве, загрузку брикетов в сборный бункер, охлаждение вращающегося потока очищаемого газа с помощью теплообменника, генерирующего водяной пар, подаваемого в надбункерное пространство (Патент RU №2531313, МПК В04С 5/18, 2010, заявл. 18.06.2013, опубл. 20.10.14, бюлл. №29).
Недостатком известного способа очистки газов является низкая степень очистки газов от пыли из-за высокой температуры очищаемого газа, которая повышает вязкость газа и снижает эффективность центробежных сил и пылеулавливания. Теплообменник, установленный на внутренней поверхности циклона, не позволяет существенно снизить температуру очищаемого газа из-за низкой степени циркуляции водяного теплоносителя. При этом очищаемый газ на входе в циклон дополнительно нагревается горячей поверхностью осевого выхлопного патрубка, не содержащего теплообменника-охладителя. Кроме этого в известном способе очистки газов от пыли для эффективного протекания процесса сушки брикетов недостаточно водяного пара, подаваемого в надбункерное пространство циклона. По этой причине эффективность процесса сушки и упрочнения брикетов недостаточно высока. Для устранения указанных недостатков необходимо дополнительно охладить очищаемый газ установкой теплообменника-охладителя, примыкающего к наружной поверхности выхлопного патрубка. При этом теплообменник-охладитель, установленный на выхлопном патрубке, должен быть соединен с основным теплообменником циркуляционными трубами. При конвективном теплообмене очищаемого газа с холодными поверхностями теплообменников и циркуляционных труб газ будет интенсивно охлаждаться и эффективность пылеулавливания повысится. Избыточное количество водяного пара, образующегося в процессе теплоутилизации, можно направить на сушку брикетов и тем самым повысить эффективность их упрочнения.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением - повышение степени очистки газов от пыли, интенсификация охлаждения, утилизация тепла охлаждаемого газа и расширение технологических возможностей устройства, реализующего способ очистки газов от пыли.
Техническая проблема решается тем, что в известном 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 в цилиндрическом корпусе с разворотом очищенного потока вверх, сбор потока уловленной пыли в пылесборнике, подачу в циклон потока вспомогательной коагулирующей жидкости, ориентированной на поток уловленной пыли, с образованием смеси уловленной пыли и вспомогательной коагулирующей жидкости, брикетирование смеси на вальцовом прессе, установленном в нижней части корпуса циклона, с образованием потока брикетов в надбункерном пространстве, загрузку брикетов в сборный бункер, охлаждение вращающегося потока очищаемого газа с помощью теплообменника, генерирующего водяной пар, подаваемый в надбункерное пространство, согласно изобретению очищаемый газ дополнительно охлаждают с помощью охладителя, примыкающего к наружной поверхности выхлопного патрубка, причем между охладителем и теплообменником организуют циркуляцию теплоносителя за счет установки циркуляционных труб диаметром d, расположенных между собой с шагом, равным 5-20 d, при этом теплообменник оборудуют сборным барабаном-накопителем водяного пара.
Техническая сущность изобретения заключается в возможности дополнительного охлаждения очищаемого газа. Для этого на горячем выхлопном патрубке циклона устанавливают охладитель, примыкающий к нагретой наружной поверхности выхлопного патрубка. При этом между охладителем и теплообменником организуют циркуляцию теплоносителя за счет установки циркуляционных труб. В системе теплообменников циркулирует холодный водяной теплоноситель, снижающий температуру контактной поверхности. Горячий очищаемый газ отдает теплоту холодным поверхностям охладителя, теплообменника и циркуляционных труб и охлаждается за счет конвективного теплообмена. При этом полностью исключается контакт очищаемого газа с нагретыми поверхностями циклона, в том числе, и с поверхностью выхлопного патрубка. Для повышения эффективности охлаждения очищаемого газа между охладителем и теплообменником организуется циркуляционное движение. Для этого охладитель, примыкающий к наружной поверхности выхлопного патрубка, соединяют с теплообменником циркуляционными трубами, в которых водяной теплоноситель интенсивно циркулирует. В результате интенсификации циркуляции усиливается теплообмен между горячим очищаемым газом и холодным водяным теплоносителем, что позволяет существенно охладить контактную поверхность и очищаемый газ. Усиление циркуляции теплоносителя, установка охладителя и системы циркуляционных труб позволяют увеличить эффективность теплоутилизации, что в свою очередь дает возможность повысить расход теплоносителя и образующегося водяного пара. Дополнительное количество водяного пара, образующегося в процессе теплоутилизации, направляется на сушку брикетов и интенсифицирует процесс упрочнения брикетов. В способе очистки газов возможен отбор нагретой воды и водяного пара для технологических нужд, что дополнительно расширяет технологические возможности предложенного способа очистки газов от пыли.
Технический результат достигается тем, что очищаемый газ дополнительно охлаждают установкой охладителя, примыкающего к наружной поверхности выхлопного патрубка, причем между охладителем и теплообменником организуется циркуляция теплоносителя за счет установки циркуляционных труб диаметром d, расположенных между собой с шагом, равным 5-20 d. Если шаг циркуляционных труб будет менее 5 d, то на пути очищаемого газа будет расположено повышенное количество циркуляционных труб и аэродинамическое сопротивление циклона возрастет, центробежный процесс пылеулавливания ухудшится, что противоречит решению технической проблемы изобретения. Если циркуляционные трубы будут расположены с шагом более 20 d, то их количество будет незначительным, степень циркуляции теплоносителя будет низкой, площадь охлаждения циркуляционных труб уменьшится, интенсивность охлаждения очищаемых газов будет недостаточной, что противоречит решению технической проблемы изобретения.
Для стабилизации подачи водяного пара на сушку брикетов теплообменник снабжен сборным барабаном-накопителем водяного пара. В барабане-накопителе накапливается водяной пар определенных параметров, дозированная подача которого в надбункерное пространство циклона не зависит от колебаний производственной нагрузки технологического агрегата, на тракте которого установлен циклон-пылеуловитель. Барабан-накопитель позволяет отбирать нагретую воду и использовать водяной пар для технологических нужд.
Предложенные в заявленной последовательности отличительные признаки изобретения формируют новые положительные свойства: организованное охлаждение очищаемых газов одновременно с теплоутилизацией и пылеулавливанием; интенсификация охлаждения очищаемых газов за счет установки дополнительных охлаждающих поверхностей охладителя на выхлопном патрубке и циркуляционных труб, установленных с определенным шагом между охладителем и теплообменником; организация интенсивного циркуляционного движения теплоносителя в системе теплообменников; эффективная утилизация тепла очищаемого газа с выработкой водяного пара повышенных параметров, используемого для термической сушки брикетов в отдельно взятом пылеуловителе. Заявленные параметры и новые свойства способа очистки газов от пыли позволяют решить указанную техническую проблему, повысить степени очистки газов от пыли и расширить технологических возможности способа очистки газов от пыли.
Способ очистки газов от пыли реализуется с помощью устройства, представленного на чертеже. Оно содержит подводящий патрубок 1, корпус 2, выхлопной патрубок 3, пылесборник 4, трубопровод 5 для подачи коагулирующей жидкости, вальцовый пресс 6, сборный бункер 7, надбункерное пространство 8, теплообменник 9 с подводящим патрубком для подачи водяного теплоносителя, паропровод 10, кольцевое пароструйное устройство 11. Устройство дополнительно снабжено охладителем 12, примыкающим к наружной поверхности выхлопного патрубка 3, циркуляционными трубами 13, барабаном-накопителем 14 водяного пара. Циркуляционные трубы 13 соединяют между собой охладитель 12 и теплообменник 9 и предназначены для организации циркуляции теплоносителя между ними. В процессе работы устройства в пылеуловителе формируются струи 15 коагулирующей жидкости, потоки пылевых шламов 16, брикеты 17, струи водяного пара 18.
Способ очистки газов от пыли осуществляется следующим образом. Поток запыленного газа тангенциально подается через подводящий патрубок 1 в корпус 2 циклона, где происходит центробежная очистка газов от пыли при поступательном движении потока сверху вниз. Через трубопровод 5 подается коагулирующая жидкость (например, раствор жидкого стекла или сульфитдрожжевой бражки (СДБ), ориентированная в форме струй 15 в пылесборник 4. Очищенный поток газа выходит в окружающую среду через выхлопной патрубок 3. В процессе очистки газа от пыли очищаемый газ отдает теплоту водяному теплоносителю охладителя 12, соединенному с теплообменником 9 циркуляционными трубами 13 и охлаждается до необходимой температуры. За счет разности температур на газовом тракте циклона формируется циркуляция водяного теплоносителя между охладителем 12 и теплообменником 9. Циркуляция теплоносителя осуществляется при нисходящем движении воды в теплообменнике 9 и при восходящем движении воды в циркуляционных трубах 13 и в охладителе 12. Направление движения теплоносителя на фигуре показано стрелками. В теплообменнике 9 образуется водяной пар, который накапливается в барабане-накопителе 14 и через паропровод 10 поступает к кольцевому пароструйному устройству 11. В пароструйном устройстве 11 установлены форсунки, формирующие струи водяного пара 18, ориентированные в надбункерное пространство 8. Потоки уловленной пыли 16 поступают в пылесборник 4 и движутся в форме смеси пыли и коагулирующей жидкости в нижнюю часть пылесборника 4. Смесь пыли и жидкости поступает в загрузочный узел вальцового пресса 6 для брикетирования. После брикетирования массы образуются брикеты 17, которые поступают в надбункерное пространство 8, проходят через струи 18 водяного пара, высушиваются и поступают в сборный бункер 7. Отработанный пар проходит через щелевое пространство пресса 6 и удаляется через выхлопной патрубок 3 в атмосферу.
Пример. Отработку способа очистки газов от пыли осуществляли на лабораторных центробежных пылеуловителях диаметром 300 мм, каждый из которых был снабжен охладителем, теплообменником, циркуляционными трубами, системой подачи коагулирующей жидкости и вальцовым прессом согласно приведенной технологической схеме. В каждом пылеуловителе циркуляционные трубы диаметром d располагались между собой с шагом, который менялся от 5 до 20 d. Каждый пылеуловитель был установлен на дымовом тракте лабораторного котлоагрегата, работающего на каменном угле разреза Ерунаковский с расходом 20 кг/ч. Температура отходящих дымовых газов, запыленных золошлаковыми частицами размером 0-0,1 мм, составляла 350-400°С. В качестве коагулирующей жидкости использовали сульфитдрожжевую бражку (СДБ). Расход коагулирующей жидкости составлял 6 г/с.В качестве теплоносителя в охладителе и теплообменнике использовали техническую воду. Расход воды в системе охладителя и теплообменника меняли от 20 г/с до 140 г/с. Эффективность пылеулавливания определяли по методу внешней фильтрации. Эффективность сушки брикетов размером 15×15 мм оценивали по прочности на сжатие. Результаты экспериментов представлены в таблице.
Как видно из приведенных данных, способ очистки газов от пыли, основанный на дополнительном охлаждении очищаемого газа путем установки охладителя, примыкающего к наружной поверхности выхлопного патрубка, организации циркуляции теплоносителя между охладителем и теплообменником за счет установки циркуляционных труб диаметром d, расположенных между собой с шагом, равным 5-20 d, позволяет повысить эффективность очистки газов от пыли на 1,6-3,2% (абс.) и прочность пылешламовых брикетов на 15-30 кПа (абс).