СПОСОБ МОКРОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR WET GAS PURIFICATION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к мокрой очистке газов от твердых, жидких и газообразных токсичных включений и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической технологии и других отраслях промышленности.
В цветной металлургии и химической технологии известен способ очистки газов от золы и окислов серы, заключающийся в барботировании загрязненного газа через слой жидкости. Очистку проводят в пенных аппаратах с переливными и провальными тарелками (Справочник по пыле- и золоулавливанию. Под ред. А.А. Русанова, М., Энергоатомиздат, 1983, с. 94-104).
Способ характеризуется относительно низкой степенью очистки газа от тонких фракций пыли из-за образования в процессе барботажа крупных газовых пузырей, проходящих с высокой скоростью слой жидкости. В результате мелкие частицы пыли не успевают сепарироваться на поверхность раздела фаз за время прохождения пенного слоя, а газообразные компоненты (окислы серы) - прореагировать с реагентами в жидкой фазе.
Известен способ мокрой очистки газов, включающий подачу газового потока в цилиндрический корпус газоочистителя, взаимодействие газового потока с подаваемой противотоком жидкостью при пропускании через кольцевую щель в широком диапазоне скоростей.
Способ реализуется в устройстве для мокрой очистки газов, содержащем цилиндрический корпус, патрубки подвода и отвода газов, расположенный соосно с корпусом над патрубком подачи газа с образованием кольцевой щели по отношению к стенке корпуса, дозатор орошающей жидкости с размещенной над ним трубой для подачи орошающей жидкости, кольцевой лопаточный завихритель (а.с. СССР № 1212515, кл. В01D 47/04, 1986).
Недостатком способа и аппарата является недостаточно высокая производительность, что подтверждается низкой величиной скорости газов на выходе из рабочего пространства (пенного слоя), т.е. в полном сечении аппарата, которая составляет 2,0-2,5 м/с, неустойчивость пенного слоя и низкая степень газоочистки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ мокрой очистки газов и устройство для его осуществления (патент РФ № 2163834).
Способ включает подачу газового потока в корпус газоочистителя в закрученном тангенциальным патрубком виде, подачу газового потока через кольцевую щель в закрученном виде, взаимодействие закрученного газового потока с подаваемой противотоком жидкостью в широком диапазоне скоростей и эмульгирование, а газовый поток в кольцевой щели закручивают в противоположную сторону.
Способ реализуется в устройстве, содержащем цилиндрический корпус, патрубки подвода и отвода газов, трубу для подачи орошающей жидкости, тарельчатый дозатор орошающей жидкости, лопаточный завихритель, размещенный в кольцевой щели, имеющий направление закрутки противоположную закрутке очищаемого газа тангенциальным входом, внешние концы выходных кромок лопаток завихрителя приподняты над внутренними, прилегающими к тарельчатому дозатору жидкости, на высоту, отношение которой к ширине кольцевой щели лежит в интервале 0,2-3,7, во входной патрубок установлены смывные сопла, соединенные с коллектором, который трубопроводом соединен с сифоном напорного бака снабженного поплавком и связанным с ним клапаном для закрытия-открытия импульсной трубы соединенной с трубопроводом, корпус газоочистителя выполнен в виде правильной призмы с количеством боковых граней не менее четырех, а тарельчатый дозатор орошающей жидкости выполнен в виде многоугольника подобного основанию призмы.
Одним из основных недостатков способа и устройства является относительно узкий интервал изменения производительности по газу, который может меняться от номинального на 20% в сторону понижения и на 5% в сторону повышения без снижения показателей по газоочистке. Снижение расхода газа ниже этого предела приводит к уменьшению и даже исчезновению слоя эмульсии, что вызывает резкое падение степени очистки до недопустимого уровня. Кроме того, при работе без пенного слоя лопатки завихрителя остаются без защитной пленки жидкости и подвергаются интенсивному абразивному износу от воздействия твердых частиц в очищаемых газах. Переход верхнего предела приводит к чрезмерному росту аэродинамического сопротивления газоочистителя повышающему расход электроэнергии на дутье, а также к капельному уносу, приводящему к коррозии газохода, дымовой трубы.
3
Другим недостатком газоочистителя является коррозия нижней поверхности тарельчатого дозатора жидкости. Поясним это на примере очистки дымовых газов от сжигания угля. Сверху металлический тарельчатый дозатор омывается холодной орошающей жидкостью, снизу - дымовыми газами с температурой 100-200°С, содержащими водяные пары. На холодной нижней поверхности образуется малоподвижная пленка конденсата, в которой растворяется SO, образуя серную кислоту. Со временем концентрация кислоты достигает такого уровня, что даже изготовленный из титана тарельчатый дозатор начинает коррозировать, а если в угле есть фтор, то этот процесс протекает еще интенсивней и конструкция быстро выходит из строя.
Еще одним недостатком газоочистителя является отсутствие узла подачи в процесс газоочистки химических реагентов для нейтрализации содержащихся в газах вредных примесей.
Таким образом, основными недостатками известного способа и устройства являются относительно узкий рабочий интервал производительности по газу, коррозионный износ тарельчатого дозатора, отсутствие узла для подачи в процесс химреагентов.
Предлагаемое изобретение направлено на создание способа и устройства с широким интервалом изменения производительности, с не подверженным коррозионному и абразивному износу тарельчатым дозатором, снабженного узлом подачи в процесс химических реагентов, обеспечивающим их качественное смешение с орошающей жидкостью.
Поставленная задача решается за счет того, что газовый поток в кольцевой щели ускоряют/замедляют, перекрывая/открывая часть площади кольцевой щели, примыкающей к внутреннему периметру щели (тарельчатому дозатору). Для этого над лопаточным завихрителем в кольцевой щели установлен кольцевой вкладыш в виде усеченного конуса, который соответствует конусу, образованному верхними кромками лопаток завихрителя, внешние концы которых приподняты над внутренними для плотного прилегания к лопаткам. Кольцевой вкладыш перекрывает площадь щели с внутренней стороны с возможностью изменения площади перекрытия щели. Вкладыш может состоять из нескольких колец, которые могут устанавливаться/извлекаться по одному в зависимости от требуемой производительности устройства. Вкладыш может быть соединен со штангой, другой конец которой соединен с внешней стороны корпуса с приводом для перемещения его в аксиальном направлении, т.е. вдоль вертикальной оси. Вкладыш может состоять из сегментов, снабженных механизмом плавного выдвижения на щель, или смещения их к оси устройства. С поднятым над кольцевой щелью вкладышем газоочиститель имеет максимальную производительность по газам. При снижении производительности устройства более 20% от номинала скорость газов снижается, нарушаются условия для формирования устойчивого вращающегося слоя пены вплоть до полного его исчезновения и прекращения очистки газов от вредных примесей. Поэтому при снижении аэродинамического сопротивления ниже определенного значения вкладыш возвращается на кольцевую щель завихрителя, скорость газов в завихрителе увеличивается, восстанавливается необходимый для эффективной газоочистки объем вращающегося слоя эмульсии, а газоочиститель продолжает работать с оптимальным аэродинамическим сопротивлением. Выбор варианта перекрытия кольцевой щели завихрителя зависит от характеристик источника очищаемого газа. При редко меняющемся расходе очищаемого газа достаточно иметь один или несколько съемных вкладышей разной площадью, закрепляемых над кольцевой щелью, которые сменяются в нужное время под необходимый расход газа. В другом случае для увеличения производительности газоочистителя достаточно поднять вкладыш над вращающимся пенным слоем, а когда в этом отпадет необходимость - прижать его обратно к завихрителю. При этом поднятый над пенным слоем вкладыш не влияет на протекающие в пенном слое газоочистителя процессы. В случае параллельной работы нескольких газоочистителей установка оптимального режима выполняется перемещением вкладышей на необходимом количестве газоочистителей. При часто изменяющемся расходе газа вкладыш выполняется из нескольких сегментов, снабженных приводом для плавного выдвижения на щель, или сдвига их со щели в радиальном направлении. В этом случае появляется возможность автоматизации управления производительностью газоочистителя, используя в качестве функции отклика аэродинамическое сопротивление аппарата. Следует отметить, что устройство практически не чувствительно к перекрытию до 20% площади щели завихрителя с внешней стороны щели. Кольцо, установленное с наружной стороны щели, обтекается закрученным газовым потоком, который продолжает поддерживать пенный слой над этим кольцом в пристенной области газоочистителя. Под действием центробежных сил пенный слой заполняет пространство над щелью от внутренней ее кромки до стенки корпуса, практически не реагируя на перекрытие, что и определяет аэродинамическое сопротивление вращающегося слоя и расход очищаемого газа.
В следующем случае устройства для устранения коррозии нижней поверхности тарельчатого дозатора он выполнен с двойным дном. Верхнее дно тарельчатого дозатора омывается холодной орошающей жидкостью, а нижнее, например, горячими дымовыми газами с температурой 100-200°С и содержащими водяные пары и окислы серы. Наличие газовой прослойки не допускает охлаждения нижнего дна до температуры орошающей жидкости. Оно прогревается практически до температуры омывающего снизу газа. Поэтому исчезают условия для образования малоподвижного конденсата водяных паров, способного насыщаться серной кислотой до концентрации, вызывающей коррозию даже титана, из которого изготавливаются тарельчатый дозатор и лопаточный завихритель газоочистителя для очистки дымовых газов от сжигания углей. Аналогичные условия возникают при нейтрализации хлористого водорода в газах металлургического производства.
В другом случае устройства для улавливания вредных примесей из очищаемого газа на входе в трубу подачи орошающей жидкости монтируется узел подачи в процесс газоочистки химических реагентов (смеситель). В зависимости от свойств и количества химреагентов смеситель может иметь разнообразные конструкции, обеспечивающие качественное их смешение с орошающей жидкостью. Важным является то, что смеситель устанавливается на входе в трубу подачи орошающей жидкости. В этом случае перемешивание химреагентов с орошающей жидкостью происходит сначала в смесителе и далее по всей длине трубы подачи орошающей жидкости, затем во вращающейся жидкости в ванне тарельчатого дозатора орошающей жидкости. За это время химреагенты успевают равномерно перемешаться, раствориться или прореагировать в орошающей жидкости. Во вращающийся пенный слой поступает гомогенная смесь жидкости с химреагентами, подготовленными для взаимодействия с вредными примесями в очищаемом газе. За счет высокого уровня массообмена во вращающемся пенном слое практически полная нейтрализация вредных примесей обеспечивается при стехиометрическом соотношении соответствующих реагентов.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено устройство для мокрой очистки газа с лопаточным завихрителем, снабженным съемными кольцевыми вкладышами, перекрывающими часть площади кольцевой щели с внутренней стороны; на фиг. 2 - газоочиститель с тарельчатым дозатором жидкости, снабженным вторым дном, и с кольцевым вкладышем, снабженным приводом для перемещения в аксиальном направлении (вдоль вертикальной оси устройства); на фиг. 3 - газоочиститель с узлом подачи химреагентов на входе трубы подачи орошающей жидкости и кольцевым вкладышем, выполненным из нескольких сегментов, снабженных приводом для их плавного выдвижения на щель, или смещения к оси устройства.
Устройство для мокрой очистки газов содержит цилиндрический корпус 1, тарельчатый дозатор орошающей жидкости 2, трубу 3 для подачи орошающей жидкости, тангенциальный или хордальный патрубок 4 для подвода загрязненного газа, патрубок 5 отвода очищенного газа, днище 6 с патрубком для слива жидкости 7, кольцевой лопаточный завихритель 8, установленный в кольцевой щели между корпусом 1 и тарельчатым дозатором 2, сопла 9 смывного устройства 10 во входном патрубке 4. В одном варианте устройства (фиг. 1) над лопаточным завихрителем в кольцевой щели установлены один или несколько кольцевых вкладышей 11, перекрывающих часть площади щели примыкающей к внутреннему периметру щели (тарельчатому дозатору орошающей жидкости 2), которые могут устанавливаться/извлекаться по одному в зависимости от требуемой производительности устройства. В другом варианте устройства (фиг. 2) тарельчатый дозатор орошающей жидкости 2 снабжен вторым дном 12, которое образует газовую прослойку между верхним и нижним дном, а кольцевой вкладыш снабжен приводом 13 для перемещения его в аксиальном направлении (вдоль вертикальной оси газоочистителя). В следующем варианте устройства (фиг. 3) на входе трубы для подачи орошающей жидкости установлен узел для подачи химреагентов 14, а кольцевой вкладыш, выполненный из нескольких сегментов, снабжен приводом 13 и механизмом 15 для плавного выдвижения на щель или смещения к оси устройства.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В корпус 1 газоочистителя (фиг. 1) загрязненный газ поступает закрученным потоком через тангенциальный или хордальный патрубок 4 подвода газа. Затем газ проходит через лопаточный завихритель 8, установленный в кольцевой щели, где закручивается в противоположную сторону. Орошающая жидкость по трубе 3 поступает на тарельчатый дозатор орошающей жидкости 2, образуя ванну, которая раскручивается вращающимся над ней газом и за счет центробежных сил начинает срываться в виде пленки с краев тарельчатого дозатора 2 к стенке корпуса 1. Над щелью жидкость встречается с выровненным за счет разворота в завихрителе закрученным газовым потоком и образует устойчивый, интенсивно вращающийся слой газожидкостной эмульсии, через который промываются поступающие в устройство газы. Очищенные газы удаляются через патрубок 5, а жидкость с уловленными вредными примесями стекает к днищу 6 и удаляется из газоочистителя через патрубок 7. Через сопла 9, от периодически срабатывающего с заданной частотой смывного устройства 10, во входной патрубок 4 подается вода, смывающая возникающие на границе сухое-мокрое отложения пыли. При увеличении расхода очищаемого газа выше допустимого и соответствующего увеличения скорости и аэродинамического сопротивления кольцевой вкладыш 11 снимается, или в другом случае поднимается вверх (фиг. 2), или сдвигается с кольцевой щели к оси газоочистителя (фиг. 3), увеличивая рабочую площадь завихрителя и, соответственно, производительность газоочистителя. При этом снижается скорость газового потока на выходе из кольцевой щели и аэродинамическое сопротивление газоочистителя. При снижении расхода газа кольцевой вкладыш возвращается на кольцевую щель, увеличивая скорость газового потока и аэродинамическое сопротивление до необходимого уровня. Наличие кольцевого вкладыша позволяет поддерживать необходимое аэродинамическое сопротивление газоочистителя, обеспечивающее высокий уровень газоочистки в широком интервале расходов газа.
В газоочистителе (фиг. 2) тарельчатый дозатор орошающей жидкости снабжен вторым дном 12. Газовая прослойка в двойном дне тарельчатого дозатора обеспечивает прогрев нижней поверхности до температуры очищаемого газа и предотвращает образование здесь малоподвижной пленки конденсата, способного насыщаться кислотами, и приводящего к коррозионному износу дозатора жидкости.
Кроме того, на входе трубы подачи орошающей жидкости 3 установлен, по крайней мере, один узел для подачи (смеситель) химреагентов 14 (фиг. 3). Поступающие через него реагенты смешиваются с орошающей жидкостью сначала в смесителе, а затем при движении в трубе орошения и по тарельчатому дозатору. Это обеспечивает необходимое время для растворения (например, известкового молока) или реагирования реагентов с водой или между собой. Подготовленные реагенты, равномерно распределенные в орошающей жидкости, встречаются в пенном слое с очищаемыми газами, которые также равномерно смешиваются с жидкостью. В результате практически полная нейтрализация вредных примесей происходит при стехиометрическом соотношении участвующих в процессе реагентов.
Предлагаемые способ и устройство позволяют расширить интервал регулирования газовых нагрузок газоочистителя путем перекрытия/открытия части площади кольцевой щели, примыкающей к внутреннему периметру щели, при помощи кольцевого вкладыша, а также исключить коррозию днища тарельчатого дозатора жидкости, снабдив его двойным дном, и обеспечить глубокую нейтрализацию вредных газообразных примесей в очищаемых газах установкой на газоочиститель узла подачи химических реагентов.
Таким образом, изложенные сведения показывают, что при использовании заявленной группы изобретений выполнена следующая совокупность условий:
- средство, воплощающее заявленные способ и устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в энергетике, металлургии, химической технологии, строительной индустрии;
- для заявленной группы изобретений в том виде, как она охарактеризована в независимых пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств.
Следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию "промышленная применимость".