МУЛЬТИБЛОЧНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ ОЧИСТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
METHOD OF SIMULTANEOUS CLEANING AND UTILISATION OF FLUE GASES, AND MULTIBLOCK PLANT FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки дымовых газов от вредных примесей и утилизации их тепла.
Известно устройство для удаления вредных примесей (окислов азота и окислов серы) из дымовых газов, представляющее собой часть газохода (зону обработки) с размещенными в нем теплообменной и абсорбционной секциями, представляющими собой трубчатый теплообменник, в котором дымовые газы охлаждают до температуры точки росы с конденсацией водяных паров и смешивают с газом, содержащим аммиак, для нейтрализации кислотных компонентов, после чего отводят образовавшийся конденсат и очищенные дымовые газы [1].
Недостатками известного устройства являются низкая экологическая и экономическая эффективность процесса очистки дымовых газов от вредных примесей, обусловленная размещением оборудования в газоходе котла и отсутствием аппаратуры для предотвращения уноса капель конденсата и утилизации уловленных вредных примесей.
Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для очистки дымовых газов от вредных примесей (окислов азота и окислов серы), содержащее зону обработки в газоходе (коробе) с размещенными в ней теплообменной секцией, выполненной в виде вертикального трубчатого теплообменника, абсорбционной секцией, выполненной также в виде вертикального трубчатого теплообменника с поддоном и размещенной в них коаксиально подъемной трубой эрлифта, сепарационной секцией, выполненной в виде вертикального трубчатого теплообменника, причем поддон соединен трубопроводом с анионитовым фильтром [2].
Основными недостатками известного устройства являются использование в качестве основного оборудования в секциях зоны обработки трубчатых теплообменников с низкими скоростными характеристиками теплообмена, невозможность изменения нагрузки по дымовым газам в соответствии с изменением нагрузки котельных агрегатов, использования устройства в теплогенерирующих установках большой мощности, что также снижает экологическую и экономическую эффективность его работы.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение экологической и экономической эффективности работы мультиблочной установки для одновременной очистки и утилизации дымовых газов.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая мультиблочная установка для одновременной очистки и утилизации дымовых газов содержит зону обработки, размещенную в газоходе и состоящую из нескольких параллельных газоходов с входными и выходными шиберами, соединенными с блоками очистки и утилизации, каждый из которых состоит из воздухоподогревателя-абсорбера с поддоном и экономайзера, выполненных в виде трубчатых теплообменников, трубы которых снабжены с наружной стороны ребрами, причем воздухоподогреватель-абсорбер состоит из абсорбционно-конденсационной секции, снабженной патрубком подачи озоновоздушной смеси с перфорированным насадком и сепарационно-конденсационной секции, снабженной осевым вентилятором, а поддон воздухоподогревателя-абсорбера соединен посредством трубопровода с анионитовым фильтром.
Предлагаемая мультиблочная установка для одновременной очистки и утилизации дымовых газов изображена на фиг.1, 2, 3, 4.
Мультиблочная установка для одновременной очистки и утилизации дымовых газов содержит транзитный газоход 1 с шибером 2, зону обработки, состоящую из параллельных газоходов 3 с входными и выходными шиберами 4 и 5, соответственно соединенных с блоками очистки и утилизации, каждый из которых состоит из дополнительного экономайзера 6, воздухоподогревателя-абсорбера 7, состоящего из абсорбционно-конденсационной секции 8, снабженной поддоном 9 и трубой подачи озоновоздушной смеси 10 с перфорированным насадком 11, сепарационно-конденсационной секции 12, снабженной осевым вентилятором 13, соединенной с секцией 8 переточной камерой 14, перегородки 15, разделяющей абсорбционно-конденсационную и сепарационно-конденсационную секции 8 и 12 и образующей гидрозатвор 16 в поддоне 9, трубопровода 17 и анионитового фильтра 18, причем дополнительный экономайзер 6 и секции 8, 12 воздухоподогревателя-абсорбера 7 выполнены в виде вертикальных трубчатых теплообменников с трубами 19, снабженными с наружной стороны ребрами 20.
2
3
2
3
Мультиблочная установка для одновременной очистки и утилизации дымовых газов работает следующим образом. Дымовые газы из транзитного газохода 1 направляются через параллельные газоходы 3 в зону обработки путем открытия шиберов 4, 5 и закрытия шибера 2 в межтрубное пространство трубчатого теплообменника 6, по трубам которого течет хладоагент - питательная вода, где охлаждаются до температуры, близкой к температуре точки росы, значение которой зависит от состава дымовых газах. На выходе из экономайзера 6 охлажденные дымовые газы смешиваются с озоновоздушной смесью, подаваемой из патрубка 10 с перфорированным насадком 11 и поступают в трубное пространство абсорбционной секции 8 воздухоподогревателя-абсорбера 7, наружную поверхность ребристых труб 19 которой охлаждают дутьевым воздухом, где охлаждаются до более низкой температуры (55-60°С) с конденсацией части водяных паров. При этом процессы охлаждения и конденсации протекают со значительной скоростью, обусловленной высокой скоростью движения газа в трубах (15-25 м/с) и увеличенной площадью теплообмена, обусловленной наличием на наружной поверхности труб 19 ребер 20. Так как температура дымовых газов значительно меньше 100°С и в них присутствуют озон и кислород, то в секции 7 происходит быстрая реакция окисления труднорастворимой окиси азота (NO) в легкорастворимую двуокись азота (NO), соединяющуюся с водой с образованием азотной кислоты (HNO). При этом в условиях конденсации скорость кислотообразования возрастает по сравнению с обычной абсорбцией окислов азота в 10 раз [3]. Образовавшийся свежий конденсат стекает по внутренней поверхности труб секции 8 в поддон 9 в виде пленки, контактируя с дымовыми газами в противотоке, что обеспечивает максимальную движущуюся силу абсорбции и минимальное гидравлическое сопротивление аппарата [3, с.264, 4, с.632], с образованием двуокиси азота (NO), серного ангидрида (SO), их абсорбцией с образованием азотной и серной кислот
3
2
4
(HNO и HSO). Из переточной камеры 14 дымовые газы поступают в конденсационно-сепарационную секцию 12, которая охлаждается наружным воздухом, позволяющим охладить дымовые газы до температуры 40-50°С (дальнейшее охлаждение ограничено величиной температурного напора, обусловленного начальной температурой наружного воздуха), где происходят дальнейшие процессы охлаждения, конденсации, абсорбции окислов азота и серы, кислотообразования, причем в результате охлаждения дымовых газов наружным воздухом за счет теплообмена через стенки труб 19, также снабженных ребрами 20, секции 12 до (40-50)°С скорости реакций окисления окислов азота и абсорбции их водой значительно возрастают [5, с.275, 6, с.348], очищаясь в результате вышеописанных процессов в прямоточном контакте со стекающей вниз пленкой конденсата и осаждения на внутренней поверхности труб уносимых капель конденсата, через газоход 1 выводятся в атмосферу. Конденсат, насыщенный окислами азота, окислами серы и кислотными компонентами, через гидрозатвор 16 попадает в поддон 9, где смешивается с конденсатом из абсорбционно-конденсационной секции 8, образуя кислый конденсат (смесь разбавленной азотной и серной кислот), откуда в количестве, равном сконденсировавшимся водяным парам в воздухоподогревателе-абсорбере 7 (отбор начинается после накопления в поддоне 9 достаточного количества конденсата для создания гидрозатвора 16) подают через трубопровод 17 в анионитовый фильтр 18 для очистки от кислотных компонентов [8, с.424], после чего очищенный конденсат добавляют в питательную воду, а уловленные анионитовым фильтром 18 в процессе его регенерации кислотные остатки в виде солевого раствора направляются в хранилище для последующей отправки потребителю.
В случае отказа какого-либо элемента мультиблочной установки для ее очистки или ремонта открывают шибер 2 газохода 1, закрывают шибера 4 и 5 соответствующего блока, не нарушая режима работы теплоэнергетического агрегата в целом. В случае изменения тепловой нагрузки ТЭС (котельной) и соответственно изменения расхода дымовых газов изменение нагрузки установки регулируют также включением и отключением отдельных блоков.
Таким образом, предлагаемая мультиблочная установка для одновременной очистки и утилизации дымовых газов обеспечивает увеличение производительности и диапазона изменения нагрузки при одновременном повышении экологической и экономической эффективности ее работы.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
4
1. Патент США №4753784, МКл. B01D 53/00, 1988.
4
2. Патент РФ №2186612, МКл. B01D 53/60, 2000.
3. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности [Текст] / под. ред. В.М.Олевского - М.: Химия, 1985, 400 с.
3. М.А.Михеев и др. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1973, 320 с.
4. Водяные тепловые сети. Справочное пособие / Под. ред. Н.К.Громова и др. - М.: Стройиздат, 1988, 376 с.
5. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1987, 496 с.
6. Кафаров В.В. Основы массопередачи. - М.: Высшая школа, 1962, 655 с.
7. Неницеску К. Общая химия. - М.: Мир, 1968, 816 с.
8. Кутепов A.M. и др. Общая химическая технология. - М.: Высшая школа, 1985, 448 с.
9. Абрамов Н.Н. и др. Водоснабжение. - М.: Госстройиздат, 1960, 579 с.
10. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. - Л.: Химия, 1983, 360 с.