СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ
METHOD FOR 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 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 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, снабженного барабаном-накопителем, дополнительное охлаждение очищаемого газа с помощью охладителя, примыкающего к наружной поверхности выхлопного патрубка, организацию циркуляции теплоносителя между охладителем и теплообменником (Патент RU №2699105, МПК В04С 5/18, заявка №2019110349, заявл. 08.04.2019, опубл. 03.09.19, бюл. №25).
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 процесса пылеулавливания. Теплообменник и охладитель, установленные на внутренней поверхности циклона, не позволяют существенно снизить температуру очищаемого газа из-за низкой степени циркуляции водяного теплоносителя, организованной естественным способом. Кроме этого в известном способе очистки газов от пыли водяной пар конденсируется на холодных поверхностях надбункерного пространства и требует сложной системы удаления сконденсированной влаги. По этой причине эффективность процесса сушки и упрочнения брикетов недостаточно высока, что предполагает замену водяного пара на горячий воздух. При этом из-за непрерывного расхода пара требуется постоянная подпитка системы охлаждения подпиточной водой. Для устранения указанных недостатков необходимо усилить охлаждение очищаемого газа путем организации принудительной циркуляции теплоносителя в контуре теплообменник - охладитель и установить калорифер, выполняющий функции охладителя водяного теплоносителя. Принудительная циркуляция предполагает установку наружного трубопровода и циркуляционного насоса между барабаном-накопителем и нижней частью теплообменника. Сушку и упрочнение брикетов целесообразно проводить нагретым воздухом, поэтому на наружном трубопроводе целесообразно установить воздушный калорифер, который дополнительно выполняет функцию теплоутилизационного устройства. В результате этого эффективность пылеулавливания и прочность брикетов повысятся.
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.
3
Существующая 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, снабженного барабаном-накопителем водяного пара, дополнительное охлаждение очищаемого газа с помощью охладителя, примыкающего к наружной поверхности выхлопного патрубка, организацию циркуляции теплоносителя между охладителем и теплообменником, согласно изобретению, циркуляцию теплоносителя организуют принудительно путем установки наружного трубопровода с циркуляционным насосом, соединяющего барабан-накопитель с нижней частью теплообменника, а на участке наружного трубопровода между барабаном-накопителем и циркуляционным насосом устанавливают теплоизолированный воздушный калорифер, генерирующий нагретый воздух, который подают в надбункерное пространство по теплоизолированному воздухопроводу с расходом 0,2-2,5 м/кг брикетов.
Техническая сущность изобретения заключается в возможности более глубокого охлаждения очищаемого газа за счет организации принудительной циркуляции теплоносителя путем установки наружного трубопровода с циркуляционным насосом, соединяющего барабан-накопитель с нижней частью и теплообменника. Принудительная циркуляция с помощью наружного трубопровода и насоса позволяет существенно повысить скорость водяного теплоносителя и сформировать принудительную конвективную теплоотдачу на внутренней стороне теплообменника и охладителя и тем самым усилить охлаждение очищаемого газа. В качестве сушильного агента для сушки брикетов предлагается использовать горячий воздух, нагреваемый в дополнительном теплообменнике. Для этого на участке наружного трубопровода между барабаном-накопителем и циркуляционным насосом устанавливают воздушный калорифер, генерирующий нагретый воздух, который подают в надбункерное пространство по теплоизолированному воздухопроводу. Нагретый воздух для сушки брикетов более предпочтителен, так как легко включается в аэродинамическую схему, не требует дренажа и очистки. При этом резко снижается расход воды в процессе охлаждения. В способе очистки газов возможен отбор горячей воды, водяного пара и нагретого воздуха для технологических нужд или для использования сторонним потребителям, что дополнительно расширяет технологические возможности предложенного способа очистки газов от пыли.
3
3
3
Технический результат достигается тем, что на участке наружного трубопровода между барабаном-накопителем и циркуляционным насосом устанавливают воздушный калорифер, генерирующий нагретый воздух, который подают в надбункерное пространство по теплоизолированному воздухопроводу с расходом 0,2-2,5 м/кг брикетов. Если воздух из калорифера будет подаваться в надбункерное пространство по теплоизолированному воздухопроводу с расходом менее 0,2 м/кг брикетов, то степень охлаждения, эффективность очистки очищаемого газа и прочность брикетов будут низкими, что противоречит решению технической проблемы изобретения. Если воздух из калорифера будет подаваться в надбункерное пространство по теплоизолированному воздухопроводу с расходом более 2,5 м/кг брикетов, то появляется возможность появления трещин в брикетах и снижения их качества из-за появления термических напряжений. При этом потребуется существенное увеличение размеров калорифера и мощности вентилятора, что затруднит условия обслуживания калорифера и повысит стоимость установки, что противоречит решению технической проблемы изобретения.
Для снижения тепловых потерь и организации удовлетворительных условий обслуживания калорифера воздухопровод и калорифер должны быть теплоизолированы.
Предложенные в заявленной последовательности отличительные признаки изобретения формируют новые положительные свойства: организованное охлаждение очищаемых газов одновременно с теплоутилизацией, пылеулавливанием и одновременной генерацией нагретого воздуха; интенсификация охлаждения очищаемых газов за счет принудительной циркуляции теплоносителя путем установки наружного трубопровода с циркуляционным насосом; замена менее эффективного сушильного агента - водяного пара на более эффективный сушильный агент - нагретый воздух, для чего при этом на участке наружного трубопровода между барабаном и циркуляционным насосом устанавливают воздушный калорифер, генерирующий нагретый воздух, который подают в надбункерное пространство по теплоизолированному воздухопроводу. Заявленные параметры и новые свойства способа очистки газов от пыли позволяют решить указанную техническую проблему, повысить степень 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, барабан-накопитель 10 водяного пара с паропроводом 11, кольцевое воздухоструйное устройство 12. Устройство снабжено охладителем 13, примыкающим к наружной поверхности выхлопного патрубка 3, и циркуляционными трубами 14. Для организации принудительной циркуляции устройство дополнительно снабжено наружным трубопроводом 15, соединяющим барабан-накопитель 10 с нижней частью теплообменника 9. На наружном трубопроводе 15 установлен циркуляционный насос 16 и воздушный калорифер 17. К верхней части воздушного калорифера примыкает вентилятор 18. Нижняя часть калорифера 17 соединена с соплами воздухоструйного устройства 12 теплоизолированным воздуховодом 19. В процессе работы устройства в пылеуловителе формируются струи 20 коагулирующей жидкости, потоки пылевых шламов 21, брикеты 22, струи нагретого воздуха 23. Ципкуляционный насос 16 и воздушный вентилятор 18 снабжены электроприводами (на фигуре не показаны).
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 20 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 13, соединенному с теплообменником 9 циркуляционными трубами 14 и охлаждается до необходимой температуры. За счет установки наружного трубопровода 15 и механической работы циркуляционного насоса 16 формируется принудительная циркуляция водяного теплоносителя между барабаном-накопителем 10 и нижними частями охладителя 13 и теплообменника 9. Циркуляция теплоносителя осуществляется циркуляционным насосом 16 при восходящем движении воды в теплообменнике 9, в циркуляционных трубах 14, в охладителе 13 и при нисходящем движении горячей воды в наружном трубопроводе 15. Направление движения теплоносителя на фигуре показано стрелками. Для охлаждения теплоносителя, движущегося внутри наружного трубопровода 15, служит калорифер 17, в котором теплота горячего теплоносителя передается вентиляторному воздуху, нагнетаемому вентилятором 18. Нагретый вентиляторный воздух по теплоизолированному воздухопроводу 19 поступает к кольцевому воздухоструйному устройству 12. В воздухоструйном устройстве 12 установлены сопла, формирующие струи нагретого воздуха 23, ориентированные в надбункерном пространстве 8 на слой брикетов 22. Из-за принудительной циркуляции теплоносителя и его интенсивного охлаждения калорифером в наружном трубопроводе 15 устройство работает преимущественно в водяном режиме с минимальным образованием водяного пара, который накапливается в барабане-накопителе 10 и через паропровод 11 поступает на технологические нужды или сторонним потребителям. Если в контуре охлаждения организовать повышенное давление теплоносителя и интенсивное охлаждение воды, то расход водяного пара можно исключить полностью. В этом случае барабан накопитель дополнительно выполняет функцию барабана-расширителя. Потоки уловленной пыли 21 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 22, которые поступают в надбункерное пространство 8, проходят через нагретые воздушные струи 23, высушиваются и поступают в сборный бункер 7. Отработанный воздух проходит через щелевое пространство пресса 6 и удаляется через выхлопной патрубок 3 в атмосферу.
3
Пример. Отработку способа очистки газов от пыли осуществляли на лабораторном центробежном пылеуловителе диаметром 300 мм, который был снабжен охладителем, теплообменником, циркуляционными трубами, наружным трубопроводом, циркуляционным насосом, калорифером с воздушным вентилятором и системой подачи коагулирующей жидкости и вальцовым прессом согласно приведенной технологической схеме. Воздушный вентилятор имел электропривод с частотным регулятором мощности, позволяющем менять частоту вращения вала и расход воздуха, подаваемый на сушку брикетов в надбункерное пространство, в пределах 0,2-2,5 м/кг брикетов. Расход воздуха измеряли с помощью ротаметра PC - 7. Пылеуловитель был установлен на дымовом тракте лабораторного котлоагрегата, работающего на каменном угле разреза Ерунаковский (г. Новокузнецк) 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 в режиме принудительной циркуляции составлял 200 г/с. Эффективность пылеулавливания определяли по методу внешней фильтрации. Эффективность сушки брикетов размером 15×15 мм оценивали по содержанию незатвердевшей коагулирующей жидкости и прочности на сжатие. Результаты экспериментов представлены в таблице.
3
Как видно из приведенных данных, способ очистки газов от пыли, основанный на принудительной циркуляции теплоносителя путем установки наружного трубопровода с циркуляционным насосом, соединяющего барабан-накопитель с нижней частью теплообменника, теплоизолированного воздушного калорифера, генерирующий нагретый воздух, который подают в надбункерное пространство по теплоизолированному воздухопроводу с расходом 0,2-2,5 м/кг брикетов, позволяет повысить эффективность очистки газов от пыли на 0,5-2,6% (абс.), прочность пылешламовых брикетов на 5-14 кПа (абс.) и эффективность сушки брикетов на 2-7% (абс).