МОДУЛЬ ТЯГОДУТЬЕВОГО ПЫЛЕГАЗОЗОЛОУЛАВЛИВАНИЯ ИЗ ДЫМОВЫХ И АГРЕССИВНЫХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к области борьбы с загрязнением атмосферного воздуха, именно к устройствам для пылегазозолоулавливания.
Известно, что пылегазозолоулавливание при сухой инерционной очистке газов, осуществляемое путем придания запыленному потоку закрученного или вращательного движения в границах пылеосадительного аппарата (циклона) с вертикальными стенками - на частицы, взвешенные в потоке внутри циклона, действует сила инерции (центробежная сила), которая смещает частицы к стенке корпуса. Поскольку инерционная сила пропорциональна массе, то крупные частицы выделяются из потока в пределах 80-95% (циклоны, пылеуловители, обеспыливание, очистка газов, htto://mahp.ustu.ru/cn SCN40, html. 05/01/2010).
Основным недостатком известных конструкций циклонов является низкая эффективность улавливания частиц размером менее 5 мкм. Особенно при больших диаметрах циклонов, достигающих 1000-1200 мм и высоты более 4000 мм. Мелкие частицы не достигают стенок аппарата, продолжают движение по криволинейным токам и выносятся из циклона газовым током. Повышение эффективности осаждения частиц за счет уменьшения диаметра циклона и повышения скорости потока возможно до некоторых пределов, дальше ограничиваются техническими и экономически факторами, особенно увеличением металлоемкости в десятки раз и ростом аэродинамического сопротивления до 1000-2000 Па.
Также известно, что при «мокром пылеулавливании» механизм очистки основан на контакте запыленного газового потока с пленкой или каплями жидкости, которые захватывают взвешенные частицы и уносят их из аппарата в виде шлама.
«Мокрое пылеулавливание» осуществляется в скруберах-аппаратах с корпусом в виде вертикальной колоны, полых или с насадкой, в которые вводится закрученный поток очищаемого газа и орошающая жидкость. Скрубберы эффективно используются в тех случаях, когда сухие аппараты обычно не применяются, например, при высокой температуре и повышенной влажности газов, при опасности возгорания и взрывов очищаемых газов. Большинство мокрых пылеуловителей применяются для улавливания частиц пыли менее 5 мкм. Эффективность улавливания таких частиц составляет 99% и близка к эффективности рукавных и электрофильтров.
Аппараты для «мокрой очистки» позволяют совместно решать вопросы пылеулавливания и химической очистки дымовых газов. При этом выбор орошающей жидкости (абсорбента) определяется условиями процесса абсорбции.
Основной недостаток скрубберов состоит в том, что при больших объемах очищаемых газов и габаритах установки, капли воды и частицы пыли при заданных скоростях потока газа не успевают достигнуть стенок, прежде чем газовый поток покинет аппарат. Чтобы унос жидкости из зоны контакта был незначительным, размеры капель должны быть не менее 500 мкм, а скорость газового потока не превышала 0,8-1,2 м/с.
Для больших потоков очищаемого газа, например, использовался скруббер ВТИ диаметром 3416 и высотой 12860 мм. (М.И.Биргер, А.Ю.Вальдберг, Б.И.Мягков и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию. Под общ. Ред. А.А.Русанова, 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1983 г. - С.109).
Известно, что многие производственные процессы и средства пылегазозолоулавливания организовывают на основании модульного принципа с применением набора стандартизированного оборудования. (www.rae.ru/use/pdf/2005/06/ BekRer-2.pdf - копия прилагается).
Одним из таких современных модулей пылегазоулавливания можно считать использование стандартного оборудования для печей «Ванюкова», в состав которых были включены: котел утилизатор, циклоны, сухой электрофильтр, дымосос, скруббер, мокрый электрофильтр, вытяжная труба. Вся эта система практически занимает 2/3 объема самого производства. И только такой набор оборудования позволил обеспечить стандартную степень очистки сбросных газовых потоков.
Недостатком такой системы набора очистного оборудования является большие габаритные размеры устройств, низкая индивидуальная производительность пылегазоуловителей, малые заранее заданные скорости газовых потоков в аппаратах, особенно при очистке больших объемов дымовых и агрессивных газов («Заводы по переработке твердых бытовых отходов и промышленных отходов в барбатируемом расплаве шлака с использованием печей Ванюкова» консорциум институтов Гипроцветмета 2009 г., копия прилагается).
Наиболее близкими по технической сущности являются пылеосадительные камеры, которые имеют входные выводные трубы, большого диаметра корпус и бункеры для осаждения уловленной пыли. Основным достоинством этих аппаратов является простота конструкции, определяющая возможность их изготовления на неспециализированных препдприятиях, а также минимальное в сравнении и известными конструкциями аэродинамическое сопротивление в газовом тракте (менее 100-200 Па). Однако, эффективность очистки газов достигается в гравитационных аппаратах не более 50-60%. Для получения приемлемой эффективности очистки необходимо, чтобы частицы находились в объеме камеры возможно более продолжительное время. Поэтому пылеосадительные камеры считаются громоздкими сооружениями и в основном используются в качестве первой ступени очистки газов относительно крупных частиц (более 100 мкм). Для повышения эффективности улавливания более мелкой пыли во многих образцах камер по модульной схеме вводились дополнительные устройства. Для равномерного газораспределения газа по сечению пылеосадительной камеры они снабжаются диффузорами и газораспределительными решетками, а для снижения высоты осаждения частиц используют горизонтальные и наклонные полки. В некоторых конструкциях для повышения эффективности улавливания пыли предусматриваются устройство цепных или проволочных завес и отклоняющихся перегородок. Это позволяет дополнительно к гравитационному использовать эффект инерционного осаждения частиц при обтекании потоком газов различных препятствий, даже при малых скоростях. Недостатком является невозможность очистки газов при высоких скоростях и температурах, повышенной влажности и от химических примесей. (М.И.Биргер, А.Ю.Вальдберг, Б.И.Мягков и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию. Под общ. Ред. А.А.Русанова, 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1983 г. - С.52).
Полезная модель направлена на повышение эффективности очистки дымовых и агрессивных газов путем комплексного проведения пылегазозолоулавливания в аппаратах, собранных по модульной схеме с одновременным снижением металлоемкости и энергетических затрат в целом по многоступенчатой установке-модулю.
Результат достигается тем, что в модуле для пылегазозолоулавливания из дымовых и агрессивных газов, содержащем корпус большого диаметра с подводящими и отводящими трубами, бункеры для отвода пыли и шлама, устройства для повышения эффективности улавливания и регулирования скорости газов, согласно полезной модели корпус выполнен в виде комплектовочных секций, таких как пылеосадительная камера, камера каталитической нейтрализации газов, многофункциональной абсорбционной камеры и тягодутьевой установки, в основании которой расположена гравитационная камера для улавливания конденсата, при этом комплектация секций зависит от производственной необходимости и исходных данных очищаемых газов.
Результат достигается также тем, что в пылеосадительной камере подводящая труба расположена в ее верхней части под углом 30 к горизонтали и выполнена с коленом в своей нижней части, расположенной внутри камеры.
Результат достигается также тем, что камера каталитической нейтрализации газов снабжена дозатором катализатора и кассетами, выполненными в виде ромбовидных ячеек с двумя противоположными непроницаемыми стенками, а также узлом пневматического транспорта.
Результат достигается также тем, что многофункциональная абсорбционная камера состоит из камеры, снабженной гидродинамическими ускорителями, дозаторами абсорбентов, соединенных с безнапорными емкостями для абсорбентов, установленными над камерой, на выходе из многофункциональной абсорбционной камеры установлен сепаратор.
Результат достигается также тем, что тягодутьевая установка имеет вихревой конус, на основании которого смонтирован распределительный пояс для подачи сжатого воздуха, верх вихревого конуса охватывает конус-карман с насаженным на него сборным конусом, переходящим в сбросную трубу.
На чертеже схематично представлен модуль тягодутьевого пылегазозолоуловителя из дымовых и агрессивных газов (Фиг.1). Устройство включает цилиндрический корпус большого диаметра, разделенный на комплектовочные секции (I, II, III, IV). Каждая секция выполняет определенную функцию как ступень разделения и очистки газа и может комплектоваться в модуль в зависимости от производственной потребности.
Секция I - пылеосадительная камера - состоит из вводной трубы 1, с коленом и введенным под углом 30° к корпусу 2 пылеосадительной камеры, отбойной диафрагмы 3, сборного бункера 4 и пневмотранспортной трубы 5.
Секция II - камера каталитической нейтрализации газов - состоит из собственно камеры 6, кассет 7, выполненных в виде ромбовидных ячеек с двумя противоположными непроницаемыми стенками, двумя другими проницаемыми, выполненными, например, пористыми или сетчатыми. Камера каталитической нейтрализации газов снабжена дозатором 8, расположенным в верхней части камеры 6 и узлом пневмотранспорта 9, назначение которого - возврат адсорбента-катализатора.
Секция III - многофункциональная абсорбционная камера - состоит из камеры 10, гидродинамических ускорителей 11, дозаторов жидкости 12, безнапорных емкостей 13 для абсорбентов, установленных над камерой 10, сепаратора 14 (разрез I-I), расположенного на выходе из камеры, приемных бункеров 15, трубы пневмотранспорта 16.
Секция IV - тягодутьевая установка. Она имеет в основании гравитационную камеру для улавливания конденсата и шлама 17, сборный бункер 18, узел инжектора 19, предназначенный для транспортирования конденсата и шлама через трубы пневмотранспорта 16. Над гравитационной камерой 17 расположена выводная труба 20, на которой смонтирована тягодутьевая установка 21 с вихревым конусом 22, в основании которой установлен распределительный пояс 23 для подачи сжатого воздуха, верх вихревого конуса 22 охватывает конус-карман 24. На конус-карман 24 насажен сборный конус 25, переходящий в сбросную трубу 26. В нижнюю часть конуса-кармана 24 введена трубка 27 для сброса конденсата и шлама в камеру 17 по коллектору 28.
Модуль работает следующим образом. Высокотемпературные дымовые газы поступают в сектор I по трубе 1 в пылеосадительную камеру 2, поток резко теряет первоначальную скорость и направление, соударяется о боковую стенку-мембрану 3 камеры 2. Гравитационные силы увлекают крупные частицы пыли в сухой бункер 4.
Первично очищенный методом гравитации газовый поток направляется в сектор II - в кассеты 7, выполненные в виде ромбовидных ячеек с двумя противоположными непроницаемыми (направляющими) стенками, двумя - проницаемыми - пористыми, например. Катализатор поступает в кассеты дозировано из бункера 8. Катализатор находится в кассетах 7 во взвешанном состоянии и выбирается в зависимости от загрязняющих поток газовых примесей. Взаимодействие газового потока с катализатором осуществляется противотоком через пористые стенки кассет 7. Возврат катализатора в дозатор 8 осуществляется пневмотранспортной установкой 9.
Очищенный от определенных химических компонентов сбросный газ поступает в сектор III. Горизонтальный высокотемпературный поток газов со скоростью 1,5-2,5 м/с перемещается в зону действия гидродинамических ускорителей 11, где высокоскоростные потоки сжатого воздуха внедряются в дымовые и агрессивные газы тангенциально под углом 20-25° к вертикали. Суммарный поток приобретает поступательно-вращательное движение. При этом возникают интенсивные инерционные силы, воздействующие на пылевые частицы, выделяющие их из потока. Для увеличения эффективности инерционного осаждения мелких частиц и дополнительной нейтрализации газообразных примесей в струю сжатого воздуха инжектируют дозированное количество воды или химических растворов из безнапорных емкостей 13 через дозаторы 12. Наличие нескольких емкостей 13 позволяет вести обработку потока дымовых и агрессивных газов различными абсорбентами в зависимости от имеющихся химических примесей в потоке очищаемого газа или дыма. В результате интенсивного вращения суммарного потока газов со скоростью, превышающей 25-40 м/с, мелкие частицы пыли и распыленные абсорбенты создают плотный пограничный слой во внутренней полости корпуса 10. При вращении суммарного потока над бункерами ввиду приторможенности пограничного слоя инерционными силами уплотненная масса сбрасывается в бункеры 15. На выходе из секции III весь газ проходит через сепаратор 14 и передается в следующую секцию.
Газ, очищенный от примесей и химических вредных составляющих, через трубу сепаратора 14 поступает в секцию IV в гравитационную камеру 17, теряет скорость, приобретенную при прохождении через сепаратор 14. Коагулированные частицы и конденсат выпадают в бункер 18. Из камеры 17 поток газов направляется в безлопастное тягодутьевое устройство 21. В основание вихревого конуса 22 через распределительный пояс 23 тангенциально подается сжатый воздух, который создает восходящий вихревой поток со скоростями вращения до 80 м/с. В центр вихря увлекаются массы перемещаемых из камеры 17 газов. Энергообмен между потоками с разными температурами изменяет точку росы общего потока, что приводит к новому процессу конденсатообразования. За счет центробежных сил вихря конденсат и наиболее мелкие частицы пыли сбрасываются в нижнюю часть конуса-кармана 24. Очищенный и соответственно охлажденный поток газа через сборный конус 25 направляется через дымовую трубу 26 в атмосферу.
Собранный конденсат и шлам по трубе 27 сбрасывается в приемный бункер 18 камеры 17 через коллектор 28.
Шлам из бункеров 18, 15 и 4 пневмотранспортом по трубам 16 и 5 направляются в контейнеры.
Таким образом, в предлагаемом многосекционном модуле пылегазозолоулавливания проводится разделение и очистка газов с использованием высокоскоростных потоков сжатого воздуха при высоких центробежных скоростях на уровне сепарирования. Высокоскоростные потоки сжатого воздуха внедряют во внутреннюю полость цилиндрического корпуса, гидродинамические ускорители, установленные тангенциально под углом 20-25° к вертикали и создают вихревой (закрученный) поток, образуя дополнительное разрежение (тягу), снижая общее аэродинамическое сопротивление установки. Использование сухой каталитической нейтрализации химических примесей путем подбора адсорбентов расширяет универсальность модуля, особенно в улавливании диоксинов и полиароматических углеводородов.
Возможность дозированного диспергирования воды или абсорбентов позволяет совместить процессы сухого, конденсационного и мокрого пылегазозолоулавливания путем подбора оптимальных адсорбентов и абсорбентов в зависимости от состава дымовых и агрессивных газов.
Последняя ступень очистки газа организовывается в безлопастной тягодутьевой установке, кроме очистки и охлаждения газа, перед выбросом в атмосферу им обеспечивается тяга во всей полости модуля, что позволяет модулю работать автономно без дымососа.
Комплектация однотипных устройств в модуль, как системы пылегазозолоулавливания, позволяет создать универсальную многоступенчатую установку, которая обеспечивает полноту улавливания пыли, золы и нейтрализации газов.
Секционная схема комплектации устройств позволяет снизить металлоемкость, стоимость устройства и обслуживания. Простота конструктивного исполнения модуля позволяет их изготовление в неспециализированных производственных условиях.
Реализация модуля как комплексной установки позволит повысить эффективность разделения и очистки дымовых и агрессивных газов в широких пределах дисперсности пыли и газообразных загрязнителей с одновременным снижением энергозатрат, металлоемкости, значительно снизит степень загрязнения атмосферы, затраты на строительство и обслуживание очистных сооружений.