Циклонний тепломасообмінний скрубер

Циклонний тепломасообмінний скрубер, що містить патрубок для бокового тангенціального або евольвентного введення потоку газу в циклонну камеру, оснащену форсунками для зрошення 3 34511 Труба Вентурі має короткий конфузор з кутом розкриття 60°, горловину та довгий дифузор з кутом розкриття 12°. В конфузор одною або декількома спеціальними форсунками подається вода для зрошення газового потоку. В конфузорі та горловині труби Вентурі лінійна швидкість потоку газів збільшується з ~20 до 5070м/с. В дифузорі лінійна швидкість потоку газів зменшується до ~20м/с. В трубі Вентурі зрошуючі краплі води переміщуються супутнє з газовим потоком. Змінні лінійні швидкісні характеристики газового потоку не співпадають з змінними лінійними швидкісними характеристиками руху крапель. Це є умовою для реалізації процесів додаткового дроблення крапель води, коагуляції ними твердих забруднювачів (за рахунок інерційного осадження, захоплення, дифузійного поглинання твердих пилезолових частинок), охолодження газового потоку, підігріву та часткового випаровування зрошуючої води. За рахунок тангенціального введення потоку газу після труби Вентурі (з включеними краплями води) в скрубер, його лінійний характер змінюється на закручений, він по гвинтоподібній траєкторії піднімається догори циліндричного скрубера і далі, по газоходу, на всос димососа. Стінка циліндричного скрубера постійно зрошується промивною водою із спеціальних сопел. Пилезолові частинки та краплі води, з коагулірованими ними частинками золи, сепаріруються із закрученого газового потоку на циліндричну стінку скрубера, поглинаються плівкою зрошуючої води та змиваються нею в спеціальний золовий бункер для накопичення пульпи. Пульпа через гідрозатвор видаляється в канал гідравлічного золовидалення на золовідвал. В «мокрих» скруберах із потоків газів найбільш ефективно видаляються пилезолові частинки, розміри яких більші ~10мкМ. Степені уловлювання твердих забруднювачів в ци х золоуловлювачах дорівнює 92-97% [Ріхтер Л.А. и др. «Вспомогательное оборудование тепловых электростанций», Энергоатомиздат, 1987, стр. 170-175]. В скруберах МС-ВТІ добре розчинні в воді газоподібні забруднювачі, такі як трьохокис сірки (SO3) та дво хокис азоту (NO2), абсорбуються зрошуючою водою І видаляються з газового потока. Сумарна ефективність «мокрих» циклонних скруберів збільшена - в них газовий потік має більш високу степінь очищення від пилезолових частинок, він додатково очищається і від згаданих вище газоподібних забруднювачів. Основними недоліками «мокрих» циклонних скруберів є відносно малі степені комплексного очищення газових потоків від газоподібних забруднювачів і від пилезолових частинок. Зрошучою водою практично не абсорбуються погано розчинні в ній основні газоподібні забруднювачі - двохокис сірки (SO2) та моноокис азоту (NO). Крім того, добре розчинні в воді трьохокис сірки (SO3) та двохокис азоту (NO2) підвищують її кислотність (до рН=5-2), що додатково протидіє абсорбції як двохокису сірки (SO2), так і моноокису азоту (NO). 4 Практикою установлено, що сумарна степінь очищення потоків газів від окисів сірки та азоту (SOx, NO x) в таких скруберах не перевищує 10% їх первісних концентрацій. Недоліки «мокрих» газопромивних пристроїв при уловлюванні тонкодисперсних пилезолових частинок (розміром меншим 10мкМ) пояснюються тим, що краплини розпиленої в газовий потік води мають розміри («діаметри») значно більші, ніж розміри цих малих твердих включень в ньому. В результаті, на краплях води утворюються потужні прикордонні газові прошарки, які перешкоджають коагуляції пилезолових частинок дуже малих розмірів за рахунок основних коагуляційних процесів інерційного осадження, захоплення, дифузійного поглинання. Відносно малі швидкості обертання газового потоку в скрубері не дозволяють підвищува ти ефективність процесів сепарації крапель води і твердих включень на зрошені стінки скрубера за рахунок інерційних сил. Окиси сірки, азоту та тверді частинки, що виносяться в атмосферу із скрубера, є основними забруднювачами навколишнього середовища. Підвищення степенів комплексного очищення газових потоків досягнуто в найближчому аналозі тепломасообмінному скрубері по [деклараційному патенту України UA №69527 А, 7 В04С5/14. (Власік В.Ф. і др.. Бюл. № 9, 2004р.)]. В найближчому аналозі переміщення газового потоку організовано так, що він, додатково до лінійного, кругового та гвинтоподібного характеру переміщення, примушений рухатись по спеціальним - циклонним та круговим тороїдальним траєкторіям. В тепломасообмінному скрубері потік газів може зрошуватися в різних зонах його переміщення різними сорбентами. В найближчому аналозі конфузор труби Вентурі виконаний як циклонна камера, в яку газовий потік вводиться із газоходу патрубками різного перетину (квадратними, круглими, еліпсними і др.) через відповідний боковий щілинний отвір тангенціальне або евольвентно. В циклонній камері газовий потік зрошується через форсунки водою або водними розчинами сорбентів. Циклонна камера має свої патрубки для відведення відсепарируваних на її бокову стінку та дно рідких продуктів очищення з включеними в них твердими продуктами - пульпи. В зоні циклонної камери зрошується утворений газовим потоком високотурбулізований циклонічний вихор з достатньо високими швидкостями обертання навколо осі циклонної камери (в рази більшими, чим в скрубері МС-ВТІ). Результатом є значна інтенсифікація інерційних сил, коагуляційних, абсорбціїних, тепломасообмінних процесів основи для уловлювання із потоку газу твердих та газоподібних забруднювачів. За рахунок високих інерційних (відцентрових) сил, циклонічний вихор розділяє потік газу - рідкі та тверді його складові сепаріруються на бокові стінки і на дно циклонної камери, стікають та видаляються з неї (як пульпа) через патрубок для її відведення. 5 34511 В дно циклонної камери, соосно, включені горловина і дифузор зі своїми форсунками (форсункою) для відокремленого зрошення потоку газу. В зону горловини і дифузора потік газів, що очищався в циклонній камері, стікає як закручений вихор в режимі протитоку краплям, що сепарируються на стінки циклонної камери. В цій зоні потік газу має другий характер - це високотурбулізований циклонічний вихор, який отримав додаткову лінійну складову швидкості в напрямку від горловини до вихідного зрізу дифузора. Зрошення потоку газу в цій зоні виконується через свою форсунку (форсунки). Рідина, що зрошує газовий потік, не обов'язково є такою, якою зрошувалась циклонна камера. На внутрішній поверхні дифузора виникає тонка плівка стікаючої зрошуючої рідини. Це дозволяє додатково і значно більш ефективно реалізовувати скруберні процеси очищення газового потоку від невідсепарированих в циклонній камері твердих домішок і тонкодисперсних крапель зрошуючи х рідин та посилити процеси абсорбції газоподібних забруднень. Горловина і дифузор включені в кругову обичайку, яка має конусний розсікувач, дно з гідрозатвором для відведення пульпи та патрубок для відведення очищених газів. Пульпа, що утворилась в дифузорі, одночасно з закрученим потоком газу стікає на конусний розсікувач і далі в збірник - на дно кругової обичайки з гідрозатвором для її видалення. Ця пульпа може не змішуватись з пульпою із циклонної камери. Зрошення газового потоку різними рідинами (сорбентами) в різних зонах (частинах) тепломасообмінного скрубера (в якому створені умови для утворення кругових, високотурбулізованіх циклонічних, гвинтоподібних та тороїдальних характерів його переміщення) дозволяє більш ефективно виконувати його очищення не тільки від твердих включень, але і від основних газоподібних забруднювачів - окисів сірки та азоту. Ефективність тепломасообмінного скрубера значно підвищується, наприклад, при реалізації способу очищення газів по [патенту України UA №21848 А, В01D53/34. (авт. Власік В.Ф. і др.. Бюл. №2 від 30.04.1998р.)]. Практична реалізація способу передбачає установку двох тепломасообмінних скруберів цугом. Газовий потік зрошується в чотирьох зонах. В першій зоні (циклонній камері першого тепломасообмінного скрубера) гарячі димові гази зрошуються сорбентом - міцним водним розчином амонійних солей. При цьому димові гази охолоджуються, за рахунок їх тепла частина води сорбента в циклонній камері випарюється, концентрація амонійних солей в сорбенті збільшується аж до випадіння їх кристалів з розчину. Отримані кристали солей амонію, що виводяться з пульпою із циклонної камери, направляються на виготовлення товарної продукції. Недоліком найближчого аналога є проблема його використання для очищення могутніх газових потоків, які мають дуже високі температури, наприклад, потоків димових газів від мартенівських печей. Це потоки потужністю до ~500 тисяч кубіч 6 них метрів за годину, їх ви хідні температури ~500°С, густина в ~3 рази нижча нормальної. В димових газах мартенівських печей основними твердими забруднювачами є тонкодисперсні частинки мікронних та субмікронних розмірів. Для видалення таких частинок із потоку газу за рахунок інерційних сил, його обертові швидкості мають бути дуже великими. В тепломасообмінних скруберах значних розмірів (діаметрів і висоти) для їх отримання потрібні невиправдано великі енергетичні витрати. Розмістити великогабаритні скрубери на тих площадках, на яких уже є діюче та застаріле газоочисне обладнання, проблематично. Зрошення високотемпературного потоку газу міцними розчинами сорбентів стає неможливим. Так, наприклад, кристали більшості амонійних солей розкладаються на компоненти при температурах значно нижчих температур цього потоку (амонія сульфат ((NH4)0SO4) - >210°С, амонія нітрат (NH4NO3) - >170°С, амонія гідросульфіт (NH4HSO3) - > 150°С і т.д.). При охолоджені високотемпературного потоку газу водою (водними розчинами сорбентів) значна її частина випарюється та насичує газовий потік своїми парами (аж до граничних значень насищення). В подальших зонах очищення ці пари конденсуються на більш холодних краплях промивної води (водного розчину сорбента), що перешкоджає ефективно абсорбувати основні газоподібні шкідливі домішки - окиси сірки та азоту. В основу корисної моделі поставлена задача підвищити ефективність тепломасообмінного скрубера по [деклараційному патенту України UA №69527 А, 7 В04С5/14] при його використанні для одночасного комплексного очищення від твердих і газоподібних забруднень газових потоків, які мають високі температури. Поставлена задача вирішується тим, що циклонний тепломасообмінний скрубер, який містить в собі патрубок для бокового тангенціального або евольвентного введення потоку газу в циклонну камеру, циклонну камеру, оснащену форсунками для зрошення газового потоку та патрубками для відведення пульпи, горловину і дифузор, зі своїми форсунками для відокремленого їх зрошення, кругову обичайку із конусним розсікувачем, дном з гідрозатвором для видалення пульпи та боковим патрубком для відведення очищеного потоку газу, згідно з корисною моделлю, оснащений конфузором, з'єднаним з газоходом і патрубком для бокового вводу потоку газу в циклонну камеру, в конфузорі розміщені форсунки для розпилювання зрошуючих газовий потік рідин і патрубки для відведення пульпи в відокремлений рециркуляційний контур. Сутність корисної моделі пояснюється кресленнями Фіг.1 і 2, де показані перетини циклонного тепломасообмінного скрубера та його верхньої частини. Конфузор 1 циклонного тепломасообмінного скрубера розміщений на зовнішній стороні циклонної камери 2. Він зрошується рідиною (водою) свого рециркуляційного контура 3 (на Фіг. умовно не показаний) через свої форсунки 4. 7 34511 Похилий канал-збірник пульпи 5 дна конфузора 1 має патрубки 6 для відведення пульпи в рециркуляційний контур 3. Конфузор включений в газохід 7, по якому газовий потік підводиться для очищення в циклонному тепломасообмінному скрубері. Евольвентний патрубок 8, включений в горловину конфузора 1 і в бокову обичайку циклонної камери 2. Циклонна камера 2 зрошується із свого рециркуляційного контура 9 (на Фіг. умовно не показаний) через свої форсунки 10 для розпилювання зрошуючи х (або зрошуючої) рідин, вона має конусне дно та патрубок 11, через який продукти очищення, що сепарируються на її стінку та дно (пульпа), відводяться в свій рециркуляційний контур. В дно циклонної камери соосно включені горловина 12 і дифузор 13 зі своїми форсунками (форсункою) 14 для відокремленого їх зрошення. На зовнішній поверхні дифузора 13 розміщені направляючий козирок 15 та направляючий відбійник 16. Горловина і дифузор включені в кругову обичайку 17, яка має патрубок 18 для відведення очищених газів на димосос (умовно не показаний), направляючий відбійник 19, конусне дно 20 для накопичення пульпи та гідрозатвор 21 для її відведення. Кругова обичайка оснащена конусним розсікувачем 22, який закріплений на конусному дні 20. Циклонний тепломасообмінний скрубер працює наступним чином. По газоходу 7 газовий потік вводиться в конфузор 1, де зрошується водою рециркуляційного контура 3 із форсунок 4. За рахунок підігріву води та часткового її випарення теплом газового потоку, його температура зменшується. При переміщенні газового потоку по конфузору 1, за рахунок утворених відцентрових сил (див. Фіг.2), краплі води із форсунок 4., які зрошують потік, краплі води, з коагулірованими ними тонкодисперсними твердими частинками та більш крупні тверді включення сепарируються на зовнішню стінку і дно конфузора 1. Пульпа стікає в похилий збірник пульпи 5, та видаляється із неї через патрубки 6. В рециркуляційний контур живлення конфузора 1 зрошуючою водою (рідиною) із форсунок 4 та патрубків 6 для відведення з нього пульпи, можуть бути включені пристрої видалення твердих домішок (гідроциклони, відстійники і др.), системи для зменшення температури рециркулюючої зрошуючої води (атмосферні градирні, теплообмінники для підігріву води на душові кімнати, їдальні тощо). В цей контур можуть бути включені також системи для регулювання кислотних, лужних і других показників якості зрошуючої води. Частково очищений від твердих домішок і крапель води, охолоджений та насичений вологою (наприклад, при температурі 50°С - до ~80г/кг паро-газової суміші) кондиційований газовий потік по евольвентному патрубку 8 вводиться в циклонну камеру 2. В циклонній камері 2 газовий потік має високотурбулізований циклонічний характер і зрошується через форсунки 10 міцним сорбентом (наприклад, водними розчинами аміаку, солей амонія - суль 8 фату, сульфіту, гідросульфіту та інш.) із свого рециркуляційного контура 9. В циклонній камері, за рахунок високої турбулізації закрученого газового потоку і великих сумарних поверхонь масообміну потоків мікрокрапель сорбенту (діаметри крапель сорбенту на рівнях 50-250мкМ), реалізуються дуже інтенсивні процеси абсорбції основних газоподібних забруднювачів - окисів сірки і азоту. За рахунок аміаку, який частково виділяється із міцного розчину сорбента в газовий потік, проходять додаткові процеси зв'язування цих окисів в газовій фазі в розчинні в воді солі та відновлення частини окисів азоту до атмосферного азоту. За рахунок кисню, що міститься в газовому потоці, частина солей міцного розчину сорбента (амонію сульфіт, гідросульфіт) переходить в форму суль фату амонію - баласту сорбента. Це потребує відновлення сорбціонних показників сорбенту за рахунок додаткового введення в нього аміаку, що є додатковим фактором накопичення в міцному сорбенті сульфату амонію. В міцному розчині сульфат-сульфітни х солей значення показників насичення першим досягає сульфат амонію. Він першим і вивільняється із розчину, знаходиться в сорбенті в кристалічному вигляді, сепарирується на стінки і дно циклонної камери та виводиться з неї через патрубок відведення продуктів очищення 11. В рециркуляційному контурі зрошення циклонної камери може бути передбачено обладнання для видалення твердих включень та виготовлення на їх основі товарної продукції, наприклад, рідких мінеральних добрив (на Фіг. умовно не показано). Високотурбулізований, гвинтоподібний потік газу, що стікає з горловини 12 по дифузору 13 сепарирує із себе на його внутрішню стінку, покриту тонкою плівкою стікаючої рідини, як краплі зрошуючих рідин, так і залишкові тверді частинки - реалізуються ефективні скруберні процеси. Плівку стікаючої рідини забезпечують форсунки 14, через які газовий потік, що поступає в горловину та дифузор, зрошується природною водою або слабким розчином сорбента свого рециркуляційного контура (на Фіг. умовно не показано). Зрошення газового потоку в зоні горловини та дифузора дозволяє додатково абсорбувати проскоки окисів сірки та азоту, аміаку, коагулювати найбільш малі тверді частинки, розчинити малі кристали солей аміаку, зменшити його вологість за рахунок часткової її конденсації на краплях зрошуючої води (слабого сорбенту). Після дифузора 13 закручений газовий потік поступає на конусний розсікувач 22, поверхня якого покрита рідинною плівкою, що стікає з стінок дифузора та виноситься з газовим потоком. Рідинна плівка по поверхні конусного розсікувача 22 постійно стікає в конусне дно 20, але і постійно відновлюється. За рахунок додаткових інерційних сил (ударних - лобове зіткнення закрученого потоку газу, що ви ходе з дифузора, з рідинною плівкою зрошеного конусного розсікувача) рідинна плівка ефективно поглинає із газового потоку як краплі зрошуючої рідини, так і тверді частинки, які ще залишилися в потоці після дифузора - реалізується додатковий скруберний процес. 9 Після конусного розсікувача 22 газовий потік поступає на внутрішню стінку кругової обичайки 17 і, далі, на направляючий відбійник 19, зовнішню стінку дифузора 13 та на направляючий козирок 15. Таким чином, характер потоку очищених газів змінюється на тороподібний, який додатково обертається навкруг вісі дифузора. Це дозволяє відсепарирувати дрібні краплі рідини, що ще могли залишитися в потоці газу після виходу із дифузора, видалення їх на конусному розсіканні та на корпусі обичайки і на зовнішній стінці дифузора. Відсепарована на зовнішню поверхню дифузора 13 волога стікає через щілину між дифузором 13 і направляючим козирком 15, всочується потоком газу із дифузора 13 та додатково направляється на конусний розсікувач 22 і на корпус обичайки 17. 34511 10 Очищений від тверди х та газоподібних домішок газовий потік поступає в кругову обичайку 17 циклон, стінка якого не зрошується. Гвинтоподібний потік очищеного газу направляючим відбійником 16 направляється в тангенціальний патрубок 18 і відводиться на всос димососа. Тепломасообмінні скрубери, по найближчому аналогу, [патенту U A №69527А], з 2005р. успішно працюють в те хнології комплексного очищення димових газів від сушильних барабанів Докучаєвського підприємства по виробленню вибухозахисних і в'яжучи х матеріалів. Донецька обл. Експериментальний циклонний тепломасообмінний скрубер для комплексного очищення потоку димових газів потужністю -10000куб.метрів за годину, збудований і вводиться в дію на одній із мартенівських печей Маріупольського металургійного комбінату ім.Ілліча. 11 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 34511 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601