Спосіб охолодження і очищення гарячого газу, що містить надтонкі частинки, та пристрій для його здійснення

1 Способ охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа, например, га за, выходящего из установки для газификации уг ля, генераторного газа, получаемого в плавильном газогенераторе или доменного газа из установки восстановительной плавки в насадочном скруббе ре предварительной промывки, а затем в скруббе ре с кольцевым зазором, отличающийся тем, что горячий газ перед подачей в насадочный скруббер предварительной промывки подвергают сатурационной промывке, во время которой его насы щают паром по меньшей мере до предела насы щения, при этом утилизируют существенную часть его теплосодержания для испарения подаваемой горячей воды, а затем охлаждают до достижения смачивания частиц пыли для способствования от делению частиц пыли из-за быстрой конденсации на них пара при последующем охлаждении и про мывке газа 2 Способ по п 1, отличающийся тем. что для ох лаждения горячего газа до точки насыщения па ром на сатурационную промывку подают горячую воду при температуре не ниже 60°С 3 Способ по п 2, отличающийся тем, что горячую воду подают в отводящий горячий газ трубопро вод по возможности ближе к выходу газа из газо генераторного устройства 4 Способ по п 3, отличающийся тем, что испаре ние горячей воды в операции сатурационной про мывки осуществляют при пропускании газа и горячей воды прямотоком по ведущему вертикально вниз трубопроводу 5 Способ по п 4, отличающийся тем, что горя чий газ и горячую воду в скруббер с кольцевым за зором подают по вертикальному трубопроводу 6 Способ по п 1, отличающийся тем. что после сатурзционной промывки газ дважды подвергают операции охлаждения и промывки 7 Способ по пп 1-6, отличающийся тем, что на конечную операцию охлаждения и промывки по дают очищенную колодную воду, а горячую обрат ную воду отводят с основной операции промывки 8 Способ по п 7, отличающийся тем, что про мывную воду после пропускания на конечной опе рации охлаждения и промывки подают на основ ную операцию охлаждения и промывши 9 Способ по п 8, отличающийся тем, что значи тельную часть воды, подаваемой на основную операцию охлаждений и промывки, подают на пер вую операцию сатурационной промывки 10 Способ по пп 8 и 9, отличающийся тем. что путем многократного использования промывной воды осуществляют ее нагрев до температуры, на 10°С выше нормального значения 11 Устройство для охлаждения и очистки содер жащего сверхтонкие частицы горячего газа, содер жащее насадочный скруббер предварительной промывки, расположенный по ходу газового пото ка, и установленный за ним скруббер с кольцевым зазором отличающееся тем, что перед насадочным скруббером предварительной промывки уста новлена проходящая сверху вниз длинная верти кальная сатурационная труба а нижней части ко торой образован второй скруббер с кольцевым за зором, выпускной конец которого расположен под насадкой насадочного скруббера предваритель ной промывки 12 Устройство по п 11, отличающееся тем что после последнего скруббера с кольцевым зазором последовательно установлены два сепаратора Настоящее изобретение относится к способу охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа, например, генератор ного газа получаемого в плавильном газогенераторе установки газификации угля, или доменного газа из установки восстановительной плавки, в на СМ со О) 29397 садочном скруббере для предварительной промывки, а затем в скруббере с кольцевым зазором, а также к устройству для осуществления указанного способа Преимущественно изобретение используется в литейном производстве Газы из установки восстановительной плавки или из газогенератора для газификации угля в расплаве солей содержат в больших количествах сверхтонкие частицы пыли, те частицы пыли размером приблизительно 8 1 мкм, такие частицы могут быть отделены лишь с затратой весьма значительных усилий путем мокрой газоочистки в скрубберах соответствующих данному назначению типов например, в скрубберах с кольцевым зазором, что сопровождается высокими потерями давления или скоростей газа, поскольку их свойства близки к свойствам газз Даже при больших энергетических затратах едва ли возможно добиться снижения концентраций пыли до уровня 5 мг/Нм3, если из соображений защиты окружающей среды и ввиду необходимости обрабатывать большие объемы газа, не использовать добавки смачивающего агента Поскольку газы из вышеупомянутых установок представляют собой отходящие газы с относительно высокой теплотворной способностью, которые целесообразно использовать в газовых турбинах с очень высоким КПД, порядка 46%, для выработки электроэнергии необходимо, чтобы содержание пыли в газе после промывки было ниже 5 мг/Нм3 За прототип заявляемого изобретения принят способ охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа, например газа, выходящего из установки для газификации угля, генераторного газа, получаемого в плавильном газогенераторе или доменного газа из установки восстановительной плавки в насадочном скруббере предварительной промывки, а затем в скруббере с кольцевым зазором (Патент Великобритании GB№2059799A, кл B01D47/12) В качестзе прототипа заявляемого изобретения принято также устройство для охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа, содержащее насадочный скруббер предварительной промывки расположенный по ходу газового потока, и установленный за ним скруббер с кольцевом зазором (Патент Великобритании GB № 2059799А, кл В 01 О 47/12) Недостаток известного способа состоит в больших энергозатратах, расходующихся на осуществление мокрой газоочистки в скрубберах, являющихся единственными газоочистительными элементами в установке Кроме того, способ не обеспечивает высокой степени очистки газа Недостаток известного устройства заключается в низкой эффективности процесса промывки загрязненного газа ввиду отсутствия конструктивных элементов, позволяющих обеспечить взаимодействие водяного и газового потоков на стадии, предшествующей входу обоих потоков в насадочный скруббер предварительной промывки газа В основу изобретения поставлена задача получения очищенного газа, содержащего менее 5 мг/Нмэ пыли без существенного увеличения энергозатрат в способе охлаждения и очистки содер жащего сверхтонкие частицы горячего газа путем осуществления сатурационной промывки горячего газа перед подачей его в насадочный скруббер предварительной промывки и последующего охлаждения, что вызывает насыщение газа паром и смачиеание присутствующих в нем частиц пыли до момента входа потока в насадочный бункер предварительной промоівки В основу изобретения поставлена также задача повышения эффективности отделения пыли в устройстве для охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа путем оснащения его промывочной сатурационной трубой со скруббером, что обеспечивает распылэчие воды з трубе под воздействием кинетической энергии нисходящего потока и скорости идущего в одном направлении с ним горячего газа и тем самым вызывает смачивачие и захват частиц пыли мелкими водяными каплями до входа в насадочный скруббер предварительной промывки Поставленная задача достигается тем, что в способе охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа, например, газа, выходящего из установки для газификации угля, генераторного газа, получаемого в плавильном газогенераторе, или доменного газа из установки восстановительной плавки в насадочном скруббере предварительной промывки, а затем в скруббере с кольцевым зазором, согласно изобретения, горячий газ перед подачей в насадочный скруббер предварительной промывки подвергают сатурационной прсмыэке, во время которой его насыщают пэром по меньшей мере до предела насыщения, при этом утилизируют существенную часть его теплосодержания для испарения подаваемой горячей воды, а затем охлаждают до достижения смачивания частиц пыли для способствования отделению частиц пыли из-за быстрой конденсации на них пара при последующем охлаждении и промывке газа При этом для охлаждения горячего газа до точки насыщения паром на сатурационную промыеку подают горячую воду при температуре не ниже 60°С в отводящий горячий газ трубопровод по возможности ближе к выходу газа из газогенераторного устройства и испарение горячей воды в операции сатурационном промывки осуществляют при пропускании газа и горячей воды прямотоком по ведущему вертикально вниз трубопроводу Горячий газ и горячую воду в скруббер с кольцевым зазором подают по вертикальному трубопроводу Кроме того, после сатурационной промывки газ дважды подвергают операции охлаждения и промывки, на конечную операцию охлаждения и промывки подают очищенную холодную воду, а горячую обратную воду отводят с основной операции промывки Промывную воду после пропускания на конечиой операции охлаждения и промывки подают на основную операцию охлаждений и промывки, а значительную часть воды, подаваемой ча основную операцию охлаждения и промывки, подают на первую операцию сатурационной промызки Кроме того, путем многократного использования промывной воды осуществляют ее нагрев 29397 до температуры, на 10°С выше нормального значения Поставленная задача достигается также тем, что в устройстве для охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа, содержащем насадочный скруббер предварительной промывки, расположенный по ходу газового потока, и установленный за ним скруббер с кольцевым зазором, согласно изобретения, перед насадочным скруббером предварительной промывки установлена проходящая сверху вниз длинная вертикальная сатурационная труба, в нижней части которой образован второй скруббер с кольцевым зазором, выпускной конец которого расположен под насадкой насадочного скруббера предварительной промывки Кроме того, после последнего скруббера с кольцевым зазором последовательно установлены два сепаратора Таким образом, энергосодержание горячего газа в форме энтальпийной составляющей используют для испарения добавляемой горячей воды при одновременном охлаждении газа Вследствие образования большого количества пара сверхтонкие частицы пыли в значительной мере смачиваются, что облегчает их последующее отделение, способствуя таким образом достижению очень высокой степени чистоты газа В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, для охлаждения горячего газа до точки насыщения паром в операции сатурационной промывки подают горячую воду при температуре не ниже 60°С Поэтому теплосодержание газа используют не столько для повышения температуры воды а случае ее подачи при начальной температуре около 30°С, сколько для ее испарения, благодаря чему и достигается требуемое высокое содержание пара в газе Если принять температуру газа на входе равной 300°С, точку насыщения равной 105°С при повышенном давлении в два бара, количество горячей воды при 70°С из расчета 1 л на 1Нм газа и нагрев воды от 70 до 105°С, то содержание пара в газе увеличится приблизительно на 5% В случае обычно используемой холодной воды при температуре 30°С теоретически должна даже происходить конденсация пара При температуре газа 500°С при неизменных прочих условиях содержание пара в газе увеличивается приблизительно на 20% В случае быстрого конденсирования части пара в насадочном скруббере, а затем в скруббере с кольцевым зазором, и при соприкосновении с холодной или более прохладной водой увлажненные частицы пыли образуют центры конденсации с последующим отделением вместе с образующимися капельками конденсата В результате применения изобретения эффективность отделения можно повысить до такой степени, чтобы пылесодержание не превышало 5 мг/Нм3 Помимо увеличения содержания пара в іазе, длительный контакт между горячей водой, паром и частицами пыли в операции сатурационной промывки оказывает положительное воздействие на результаты промывки Поэтому в соответствии с одним из эффективных вариантов осуществления изобретения горячую воду подают в отводя щий горячий газ трубопровод вблизи выхода газа из газогенераторного устройства В соответствии с еще одним очень эффективным вариантом осуществления изобретения испарение горячей воды происходит в операции сатурационной промывки при пропускании горячего газа и горячей воды прямотоком по ведущему вертикально вниз трубопроводу Высоту трубопровода горячего газа, подаваемого на относительно высокой отметке из-за того, что выход газа расположен в верхней части газогенераторных устройств, целесообразно использовать для подачи воды на этой высокой отметке с тем, чтобы она стекала с большой высоты вместе с горячим газом Таким образом, при использовании данного местоположения с ограниченными пространственными возможностями обеспечивают тракт значительной длины для совместного протекания, в пределах которого под воздействием кинетической энергии нисходящего потока воды и скорости потока газа происходит распыление воды с соответствующим дальнейшим повышением эффективности промывки Предпочтительно подавать горячий газ и горячую воду по вертикальному трубопроводу к скрубберу с кольцевым зазором, в котором отделяется значительная часть увлажненных в вертикальном трубопроводе частиц пыли В соответстзии с одним из эффективных вариантов осуществления изобретения за операцией сатурационной промывки следуют еще две операции охлаждения и промывки, причем на конечную стадию охлаждения и промывки предпочтительно подают очищенную холодную воду, которую, в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения, подают на основную операцию охлаждения и промывки после прохождения конечной указанной операции охлаждения и промывки, осуществляя таким образом ее предварительный подогрев Для усиления данного эффекта соответственно большую часть воды, поступающей на основную операцию охлаждения и промывки, подают на первую операцию сатурационной промывки Предпочтительное многократное использование промывной воды приводит к снижению необходимого количества исходной воды и одновременному повышению температуры обратной воды Повышение на Ю°С температуры обратной воды и уменьшение количества циркулирующей воды в большой степени способствуют снижению растворимости газов или общего количества растворенных газов поэтому с водой из системы уходит гораздо меньшее количество газов, в особенности высокотоксичного оксида углерода Ниже следует подробное описание изобретения на примере одного из вариантов его осуществления и прилагаемого чертежа, на котором схематически изображено устройство для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, установленное за генератором горячего газа Условно изображенный генератор 1 вблизи вер.счей части снабжен выпускным отверстием 2 для газа соединенным с помощью колена 3 с операцией сатурационной промывки 4, осуществляемой посредством трубы 5, проходящей вертикально сверху вниз к первому скрубберу 6 с кольцевым 29397 зазором Верхний конец трубы 5 снабжен патрубком горячей воды 7, в который с помощью насоса горячей воды 8 по трубе 9 подают горячую воду при температуре, например, 70°С За время, что горячая вода протекает по трубе 5 в одном направлении с горячим газом, она отбирает у указанного горячего газа физическое тепло, в результате чего образуется в большом количестве водяной пар, и газ насыщается паром по меньшей мере приблизительно до предела насыщения, благодаря чему захваченные газом сверхтонкие частицы в значительной мере подвергаются смачиванию и в процессе конденсации влаги на последующих стадиях играют роль зародышей при образовании капепь и могут быть отделены вместе с каплями конденсата Благодаря кинетической энергии вдды, стекающей по длинной трубе 5 и воздействию скорости газового потока, вода в трубе 5 подвергается распылению еще до того, как а нижней части трубы разбивается о конический элемент кольцевого зазора скруббера 6, способствуя таким образом повышению эффективности отделения пыли в скруббере 6 с кольцевым зазором Далее смесь газа, пыли и воды стекает в ту часть насадочного скруббера 10, которая расположена ниже насадки 11, и в которой в качестве воды для охлаждения и промывки используют промывную воду, предварительно нагретую в конечной операции охлаждения и промывки Значительная часть содержащегося в газе пара конденсируется в насадке 11 и здесь же отделяется еще одна значительная часть пыли Подогретую тем временем до 60-70°С воду подают с помощью насоса горячей воды 8 в патрубок горячей воды 7, а остаток этой воды направляют по обратной линии 12 на водоподготовку Непосредственно перед поступлением газа, выходящего из насадочиого скруббера 10 и содержащего в довольно большом количестве пар, в отрезок трубы Вентури второго скруббера 13 с кольцевым зазором значительная часть подаваемой по трубопроводу 14 очищенной холодной воды под действием высокого давления образует мелкие капли, которые в трубе Вентури скруббера 13 с кольцевым зазором распыляются на еще более мелкие частицы или капли под воздействием исключительно высокой скорости газового потока Таким образом, происходит очень интенсивное взаимодействие частиц пыли и воды, которые затем отделяются в последующем сепараторе 15 Исключительно быстрая конденсация пара в указанном скруббере способствует налипанию частиц пыли на капли воды и повышению эффективности отделения в указанном скруббере 13 Многократное применение исходного количества воды целесообразно не только потому что повышается эффективность промывки системы мокрой газоочистки, выражающаяся в том, что первоначально забранную холодную воду подвергают ступенчатому нагреву и частично испаряют на первой операции промывки 4, но также и потому что данная операция позволяет нагревать промывную воду по крайней мере на 10°С выше нормального значения температуры и, соответственно, снижать количество циркулирующей воды на 30%. а это не только значительно снижает капитальные вложения в систему водоподготовки, но и существенно уменьшает требующиеся для нее площади Если вспомнить, что площадь для одного только отстойника в чугунолитейном производстве мощностью 100 т/ч составляет приблизительно 4000 м2, становится ясным, какого рода преимущества дает снижение площади под отстойник до 3000 м2 При использовании обратной воды в небольшом количестве и с повышенной температурой из системы мокрой газоочистки, работающей под избыточным давлением, вытесняется гораздо меньше газа, так что вблизи водоподготовительной установки в окружающую среду уходит гораздо меньше оксида углерода В случае указанных газогенераторных установок повышение температуры воды в обратной линии 12 с обычных 60 до 7О°С не приводит к образованию обычной накипи или других осадков в системе мокрой газоочистки, поскольку газы с установок восстановления железных руд имеют высокое содержание диоксида углерода, и при повышенном избыточном давлении порядка 2 баров даже на наиболее горячих участках, т е на первой операции промывки 4 и в основной операции промывки 10 в воде присутствует большой объем растворенного диоксида углерода Благодаря растворенному в воде диоксиду углерода проблемы накипеобразования из воды не возникает даже при температурах свыше 80°С,'поэтому не требуется никаких специальных мер по подготовке добавляемой воды Использование первоначально забираемри псідтдтрн ленной воды на конечной стадии промывки 13 косвенным образом способствует повышению эффективности отделения в промывном устройстве Как известно, небольшую часть содержащихся в газе капель воды не удается отделить в установленном далее сепараторе 15, так что после испарения этих капель в установленных далее трубах содержащиеся в воде твердофазные примеси и растворенные в ней соли обращаются в пыль Там, где требуется низкое содержание пыли, например, ниже 5 мг/Нм3, такая дополнительная пыль из выпаренных капель воды способна в значительной мере увеличить пылесодержание очищенного газа Поэтому в устройстве согласно изобретения за конечной стадией промывки 13 следуют два последовательно установленных сепаратора 15, 16 Дополнительным соображением в пользу установки второго сепаратора 16 является то, что в газе из работающих на угле газогенераторных установок содержатся в небольших количествах смолы, что при постоянной эксплуатации приводит к образованию наростов на стенах, а такие наросты опять-таки снижают эффективность отделения в сепараторе При установке второго сепаратора 16 риск значительно снижается, поскольку газ доходит в почти сухом состоянии при очень низком содержании водяных капель Вода, собирающаяся у первого сепаратора 15, с помощью насоса 17 разбрызгивается поверх насадки 11 насадочного скруббера 10 29397 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне тсзариство «Патент» Україна, 88000 м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03