Пристрій для очищення повітря від шкідливих викидів у виробництві карбаміду

1 Пристрій для очищення повітря від шкідливих викидів у виробництві карбаміду, який містить збірник циркулюючого розчину карбаміду з насосом, осьовий вентилятор, абсорбер у колоноподібному корпусі якого розташовані краплеуловлювач для відділення крапель зрошувального розчину, каскад вузлів зрошення і промивання повітряного потоку, патрубки для підведення і ви Запропонований винахід відноситься до галузі виробництва мінеральних добрив і може бути використаний у виробництві карбаміду на стадіях випарювання його розчинів і грануляції Він спрямований на зниження забруднення навколишнього середовища, енергетичних і капітальних витрат, на підвищення якості продукції і продуктивності праці ВІДОМІ пристрої для очищення та утилізації шкідливих викидів у виробництві мінеральних добрив, наприклад, у виробництві аміачної селітри, включають скрубер, зрошуваний циркулюючим розчином аміачної селітри, та серію поверхневих конденсаторів Зазначена система включає циркуляційний збірник розчину аміачної селітри, насоси, повітродувки, багатоярусний скрубер з форсунками, у якому відбувається очищення повітря від пилу селітри та аміаку шляхом інтенсивного зрошення повітря Недоліками цієї системи очищення є значна металоємність устаткування і низька надійність при експлуатації через засмічення форсунок, що зрошують, аміачним розчином з концентрацією 15-20% Однак, основним недоліком сис ведення повітря і розчину, який відрізняється тим, що в оголовку корпусу абсорбера встановлені фільтруючий блок з герметично скріплених між собою вихрових труб, трубчастий колектор із дюзами зрошення, з'єднаний з напірнозрівняльним баком, краплеуловлювач з коаксіально розташованими циліндровими оболонками, скріпленими між собою радіально встановленими пластинами, на яких по вертикалі виконано не менш 3-х зигзагоподібних вигинів, при цьому зазор між пластинами обмежений розміром, що не перевищує 2/3 висоти прогину зигзага 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що трубчастий колектор, установлений над фільтруючим блоком на відстані не менше 1/2 і не більше одного діаметра вихрової труби, при цьому кожна дюза його розташована над закріпленим на фільтруючому блоці розтікачем, у якому по перпендикулярних осях виконані прорізи-канавки для витікання розчину в групу суміжних вихрових труб теми є низький рівень очищення повітря від шкідливих викидів, що не перевищує 65-70% (див О С Балабеков, Я Ш Балтабаєв "Очищення газів у ХІМІЧНІЙ промисловості" М , ХІМІЯ, 1991, стор 35 36, Довідник азотчика, видання 2-е перероблене, М , ХІМІЯ, 1987, стор 164-169) Зазначені недоліки можуть бути усунуті застосуванням пристрою для очищення і утилізації шкідливих викидів у виробництві мінеральних добрив по опису корисної моделі до свідоцтва Російської Федерації №19367 МКИ 7B01D53/34, надрукованому в бюлетені №24 від 27 08 2001 р Пристрій включає корпус, у якому зона контактування газу з рідиною виконана у вигляді вихрової труби із розташованими в ній лопатевим завихрювачем і турбулізатором, виконаному у вигляді кільцевої шайби Турбулізатор встановлений у вихровій трубі над завихрювачем на відстані 3-5 діаметрів Газова суміш надходить у вхідний патрубок знизу корпуса і виходить через патрубок у верхній частині його, а рідина - навпаки До недоліків цього пристрою, у випадку застосування його в велико-тонажному виробництві о 00 ю 58709 карбаміду, варто віднести конструктивну незавершеність технічних рішень, що не дозволяє цілком забезпечити процес високоякісного очищення повітря і надійність його експлуатації, через відсутність у пристрої вузлів розподілу і дозування рідини у вихрові труби, засобів виключення краплеуноса рідини після очищення повітря - газової суміші і відсутність вузлів забезпечення рецикла використання рідині, що сприяють зниженню енерговитрат при очищенні газів У даному випадку для використання його у виробництві карбаміду одне з умов патентування - промислова застосовність - відсутня, тобто в заявленому рішенні на корисну модель не розроблені і не відзначені конкретні засоби, достатні для його втілення в життя дискового абсорбера У верхній частині корпуса абсорбера встановлений сепаратор - краплеуловлювач, виконаний у вигляді кільцевого циліндра в периферійній частині оголовку корпуса Усередині циліндра розташований спрямляючий газовий апарат з декількох конусів, установлених коаксиально Сепаратор - краплеуловлювач набраний з подовжньо розташованих по вертикалі пластин, установлених з деяким перекриттям відносно одна одної Очищене повітря після диспергаторів і спрямляючого апарату проходить у щілини між пластин краплеуловлювача і викидається в атмосферу Уловлені бризки і краплі розчину карбаміду стікають униз на ротаційні диспергатори і далі по корпусу униз до циркуляційного збірника Ці недоліки виключені в пристроях очищення від пилу карбаміду і аміаку повітря, що виходить із гранбашти Наприклад, згідно "Технологічному регламенту №71 по виробництву гранульованого карбаміду цеху "Карбамід-2", ОАО "ДніпроАЗОТ", 1998р, сторЗЗІ, м Дніпродзержинськ, на стор 24 вузол очищення повітря включає ванну, розташовану на гранбашті по периметру його стовбура, циркуляційні насоси, фільтри розчину карбаміду, сітчасті фільтри - сепаратори для уловлювання бризків, форсунки для розпилення циркуляційного розчину карбаміду з масовою часткою його не більш 10% Повітря з гранбашти, промите розчином, через зазначені засоби і сітчастий фільтр викидається вентиляторами в атмосферу Недоліком зазначеної конструкції є значна матеріалоємність, громіздкість, складність в експлуатації і обслуговуванні (часті зупинки устаткування для профілактичних робіт і очищення форсунок), низький ступінь очищення повітря, що не перевищує 70%, при значній витраті обсягу прокачаного розчину карбаміду - до 250мЗ/ч Ця конструкція в порівнянні з вищеозначенними має меншу матеріалоємність і автономне обслуговування кожної установки очищення повітря, тобто без зупинки процесу очищення повітря всієї гранбашти їй належить менша витрата зрошуючого розчину карбаміду - до 40мЗ/год на кожну установку-для 4-х - не більш 160мЗ/год, при цьому ступінь очищення повітря від шкідливих викидів також не перевищує 70%, що при сучасних вимогах недостатньо Незважаючи на ряд переваг перед іншими пристроями, значними недоліками описаної системи очищення повітря гранбашти карбаміду є додаткові енерговитрати при наявності 12 електродвигунів ротаційних дискових диспергаторів, низька надійність їхньої роботи, унаслідок частого виходу з ладу клиноремінної передачі, її переналагодження і ремонт, динамічні впливи від обертових вузлів на корпус абсорбера і у цілому на гранбашту Але основним недоліком є низький ступінь очищення повітря Загальними істотними ознаками прототипу і пристрою, що заявляється, для очищення повітря від шкідливих викидів у виробництві карбаміду є абсорбер, у колоннообразному корпусі якого розташовані сепаратор - краплеуловлювач для очищення повітря від крапель зрошуючого розчину, вузли зрошення і промивання повітряного потоку, ВХІДНІ і ВИХІДНІ патрубки для підведення і виведення повітря і розчину карбаміду У пристрої прототипу вузлами розпилу розчину карбаміду є дискові тарілчасті диспергатори з індивідуальними електроприводами Над кожним диспергатором (по висоті корпуса розташовано три диспергатора) установлений ґратчастий краплезбірник розчину, виконаний з напівсферичних пластин, функція якого уловлювати падаючі зверху бризки розчину і по спеціальному жолобі зливати розчин у центр диспергаторів Така система зрошення і промивання висхідного повітряного потоку недостатньо ефективна внаслідок того, що при розбризкуванні розчину карбаміду диспергаторами утворяться бризки і краплі, розмір яких перевершує 3 5мм у поперечнику Це, у свою чергу, погіршує розпил розчину і знижує його масове контактування з повітрям - ВІДПОВІДНО знижує ступінь очищення повітря від шкідливих викидів Очищення повітря в абсорбері прототипу здійснюються конструктивним рішенням - устаткуванням, не надійним в експлуатації (наявність обертових деталей і динамічних напруг) і дуже Відомий пристрій для очищення повітря гранбашти від пилу карбаміду й аміаку, обраний, як прототип, що поставляється фірмою Chepos Engineering з Чехословаччини в країни СНД у 70 80р р на виробництво карбаміду по патенту Голандської фірми "Стамикарбон" Для очищення повітря на кожну гранбашту встановлюється одночасно 4 індивідуальні установки, що включають осьовий вентилятор, який відсмоктує повітря з гранбашти і нагнітає його по повітропроводу в ротаційний дисковий абсорбер У колонообразному корпусі абсорбера закріплений каскад ротаційних дискочашечних диспергаторів, які електродвигуном через клино-ремінну передачу приводяться в обертальний рух (число оборотів більш 600об/хв) Над кожним диспергатором розташований ґратчастий краплерозчиносбірник, який подає упалі зверху краплі і стікаючий розчин карбаміду по спеціальному жолобу у центр дискочашечних диспергаторів Диспергатори розприскують розчин карбаміду по перетині корпуса, тим самим забезпечують промивання висхідного повітряного потоку Спадаючий розчин карбаміду несе із собою змочені частки пилу карбаміду і аміаку Розчин карбаміду з кожного корпуса ротаційного абсорбера направляється по трубопроводах у загальний циркуляційний збірник Зі збірника, у рецикл і, розчин насосами перекачується по ВІДПОВІДНИМ трубопроводам у верхню частину корпуса ротаційного 58709 складному у виготовленні, обслуговуванні в термін ремонтів, що обумовлено зайвими додатковими енергетичними і матеріальними витратами В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для очищення повітря від шкідливих викидів у виробництві карбаміду, у якому нове виконання вузлів і конструктивних зв'язків МІЖ ними забезпечує поліпшення перемішування компонентів повітря і розчину, унаслідок чого досягаються кращі екологічні, експлуатаційні і економічні характеристики Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої, в оголовку корпуса абсорбера встановлені фільтруючий блок з герметично скріплених між собою вихрових труб, трубчастий колектор з дюзами зрошення з'єднаний з напірнозрівняльним баком, краплеуловлювач з коаксиально розташованими циліндровими оболонками, скріпленими між собою радіально встановленими пластинами, на яких по вертикалі виконано не менш 3-х зиґзаґоподібних вигинів, при цьому зазор між пластинами обмежений розміром, що не перевищує 2/3 висоти прогину зиґзаґа Крім цього, для зменшення бризкоуносу і зниження витрати розчину карбаміду, пропонований пристрій відрізняється тим, що трубчастий колектор установлений над фільтруючим блоком на відстані не менш 1/2 і не більш одного діаметра вихрової труби, при цьому кожна дюза його розташована над закріпленим на фільтруючому блоці розтікачем, у якому по перпендикулярних осях виконані прорізи - канавки для витікання розчину в 4-е суміжні вихрові труби Ця відмітна ознака характеризує винахід в окремому випадку його виконання В основу очищення повітря гранбашти в заявленому пристрої з використанням у ньому фільтруючого блоку покладений принцип формування вихрового дисперсного шару, стабілізованого полем відцентрових сил Зазначений шар характеризується високою поверхнею контакту фаз, швидкістю и відновлення, СТІЙКІСТЮ і однорідністю структури в широкому діапазоні режимних параметрів У фільтруючому блоці висхідний забруднений повітряний потік зустрічається з плівковим потоком розчину карбаміду, що стікає вниз по СТІНЦІ труби Зазначені потоки змішуються висхідним вихром, утворюючи газо-рідинну емульсію у вигляді піни (тумана), де плівково-краплинні часточки рідини, менш 1мкм, розосереджені по всьому обсязі При цьому, у турбулентному динамічному потоці відбувається інтенсивне змочування часток пилу карбаміду, їх конгломерування і винос із труб спадним потоком розчину із абсорбера в збірник циркулюючого розчину, а очищене повітря через краплеуловлювач і вихлопні труби виводиться в атмосфеРУ На устаткування, встановлюване в гранбашті виробництва карбаміду, накладаються вимоги жо рсткого обмеження габаритів і мас (матеріалоємкості) і зосередження в ньому матеріальних, технологічних потоків Згідно З ЦИМИ вимогами в заявленому пристрої запропонована конструкція краплеуловлювача, розміщена в кришці оголовка абсорбера, у порівнянні з прототипом по займаному обсязі зменшено більш ніж у 4 рази При цьому досягнуте спрощення конструкції (відсутній спрямляючий повітряний апарат, вузли секційного очищення і промивання вертикальних секцій) У порівнянні з прототипом знижений статичний опір унаслідок скорочення шляху проходження повітря крізь зазори між пластинами краплеуловлювача Поліпшена технологічність виготовлення деталей краплеуловлювача, не потребуючого спеціального енергоємного пресового устаткування Перелічені позитивні характеристики і поліпшення якості досягнуті конструкцією краплеуловлювача, у якому між коаксиально розташованими циліндровими оболонками, по радіальних осях, закріплені пластини, на яких по вертикалі виконано не менш 3 зиґзаґоподібних вигинів, при цьому зазор між пластинами обмежений розміром, що не перевищує 2/3 висоти прогину зиґзаґа Постійний зазор між пластинами, розміщеними між периферійною оболонкою і наближающимися до центра, забезпечується різною КІЛЬКІСТЮ пластин Вибір КІЛЬКОСТІ зиґзаґоподібних вигинів на пластинах і розмір зазору між ними визначався з практичних досліджень і технологічної ДОЦІЛЬНОСТІ виготовлення пластин Результати досліджень приведені в табл 1 і 2 Наявність бризкоуносу з абсорбера при "вихлопі" очищеного повітря визначали у виробничих умовах на гранбашті цеху "Карбамід-1" ОАО "ДніпроАЗОТ" м Дніпродзержинськ При визначенні наявності бризкоуносу використовували метрову лінійку, обгорнену сухим газетним папером и поміщали в повітряний потік, що викидається з повітрепроводу гранбашти в атмосферу По ЗМІНІ кольору (потемніння) при намоканні папера визначали наявність бризкоуносу Ефективність роботи краплеуловлювача і пристрою в цілому в залежності від різних конструктивних варіантів визначали при різній швидкості повітряного потоку, що іде з повітрепроводу гранбашти Визначення проводили при ЗМІНІ продуктивності вентилятора (обсягу подаваного їм на очищення повітря), від 90 000 до 150000мЗ/год, тобто ЗМІНІ ШВИДКОСТІ повітряного потоку, у трубі "вихлопу" діаметром 1800мм, від 9,8 до 16,6м/с Проектна, номінальна продуктивність одного вентилятора для одного абсорбера гранбашти - 125000мЗ/год, а швидкість повітряного потоку в трубі "вихлопу" ~ 14м/с Визначення наявності бризкоуносу проводили при постійному обсязі подаваного на зрошення розчину карбаміду в абсорбер ~ 24мЗ/ч Отримані результати зведені в таблицю 1,2 58709 Таблиця 1 Вибір КІЛЬКОСТІ вигинів на пластині краплеуловлювача й оцінка їх впливу на бризкоунос у повітряному потоці КІЛЬКІСТЬ ВИГИНІВ на пластині два вигини три вигини чотири вигини Намокання папера - наявність бризкоуносу при різних значеннях швидкості повітря м/с і його обсягу м3/год 9,8/88000 14,1/126000 15,2/136000 16,6/150000 Примітка + + + \ + + + # # (-) паперовий зразок сухий, не намоклий - бризкоунос відсутній (+) паперовий зразок намоклий - бризкоунос є Таблиця 2 Вибір відстані між пластинами краплеуловлювача і оцінка впливу и на бризкоунос Відстань між пластинами Зазор =п Зазор =2/3h Зазор =1/2h Наявність бризкоуносу при різній швидкості повітряного потоку м/с і його обсягу м3/ч 9,8/88000 14,1/126000 15,2/136000 16,6/150000 + (-) - бризкоунос відсутній (+) - бризкоунос є З аналізу експериментальних результатів, наведених у таблицях виникає висновок, що обрані конструктивні рішення для краплеуловлювача по КІЛЬКОСТІ трьох вигинів на пластинах і відстані між ними, рівної 2/3 висоти вигину зиґзаґа, забезпечують задовільне очищення повітря від краплебризкоуносу розчину карбаміду і надійну працездатність пристрою, що заявляється, у цілому При виборі оптимальної відстані між трубчастим колектором і верхнім торцем фільтруючого блоку, при їх взаємному розташуванні враховані фактори мінімального бризкоутворення при падінні струменя розчину в розтікач, а також врахований фактор зручності монтажу і технологічного обслуговування зазначених вузлів З порівняльного аналізу прототипу і пристрою, що заявляється, виникає, що заявлений пристрій відрізняється як схемними ознаками розташування в абсорбері нових вузлів фільтруючого блоку, трубчастого колектора, краплеуловлювача, так і конструктивним їх виконанням у деталях, що забезпечує поліпшення очищення повітря від шкідливих викидів не менш 85% і за рахунок цього екологічні, економічні та експлуатаційні переваги в промисловому застосуванні існуючих виробництв гранульованого карбаміду Сутність запропонованого винаходу пояснюється кресленням, де представлене схемне рішення розташування нових вузлів заявленого пристрою, фіг1, їхні фрагменти фіг 2 і фіг 3 і їхню взаємодію при очищенні повітря від шкідливих викидів у виробництві карбаміду Пристрій для очищення повітря містить (див фіг1) збірник циркулюючого розчину 1 з насосом 2, осьовий вентилятор 3, з'єднаний повітрепровід + Примітка + + ним патрубком 4 з абсорбером 5 Корпус абсорбера 5 у верхній частині виконаний у виді оголовка б, у якому встановлені фільтруючий блок 7 і трубчастий колектор 8 При цьому для забезпечення монтажу нових вузлів і технологічного їх обслуговування при експлуатації на оголовку 6 установлена кришка 9, в якій закріплений краплеуловлювач 10 Біля оголовка 6 за межами корпуса абсорбера 5 установлений напірно-зрівняльний бак 11, з'єднаний трубопроводами з насосом 2 і трубчастим колектором 8 На фіг 2 показана конструктивна схема краплеуловлювача Між коаксиально розташованими оболонками 12 закріплені пластини 13 На пластинах виконано три зиґзаґоподібних вигини На фіг показано фрагмент (у профіль) розташування пластин відносно одна одної з відстанню між ними рівній 2/Зп, де h - висота вигину зиґзаґа на пластині На фіг 3 показано фрагмент конструктивного розташування деталей трубчастого колектора 8 і фільтруючого блоку 7 Утрубах колектора, по яких подається розчин карбаміду, встановлені дюзи 14 Кожна дюза чітко розташована над розтікачем 15 Розтікачі 15 закріплені на верхній трубній плиті 17 фільтруючого блоку 7 Розтікачі 15 установлені на поверхні фільтруючого блоку між вихровими трубами 16, при цьому розтікачі розосереджені між ними таким чином, щоб з кожного розтікача розчин карбаміду витікає в 4 суміжні вихрові труби Трубчастий колектор розташований над фільтруючим блоком - над його розтікачами на відстані (Н), при цьому зазначена відстань Н обумовлена найменшим бризкоутворенням при падінні струменя розчину в розтікач Зазначена відстань (Н) не перевищує значення D - діаметра вихрової труби 16 Пропонуємий пристрій працює таким чином 58709 Забруднене повітря з гранбашти, що містить аміак, пилові частки карбаміду і пилу з повітря навколишнього середовища, а також диоксид вуглецю, вентилятором 3 нагнітається по повітрепроводу 4, в абсорбер 5 Далі забруднене повітря попадає у вихрові труби 16 фільтруючого блоку 7 У вихрових трубах повітря інтенсивно промивається розчином карбаміду Розчин карбаміду зі збірника розчину 1 накачується насосом 2 по трубопроводу в напірно-зрівняльний бак 11, а з нього самопливом, (під напором заданої висоти стовпа рідини, встановленої в баці спеціальним пристроєм) , витікає через дюзи 14 і розтікачі 15 у вихрові труби 16 Очищений від аміаку і часток пилу повітряний потік, виходячи з вихрових труб зі швидкістю 8-10м/с, захоплює із собою краплі і бризки розчину карбаміду Далі повітряний потік проходить через щелини між пластин 13 краплеуловлювача 10, де відбувається остаточне очищення повітря від крапель і бризків розчину карбаміду Після проходження через краплеуловлювач 10 і патрубок кришки абсорбера 9 очищене повітря викидається в атмосферу 3 вихрових труб 16 забруднений розчин (з пилом карбаміду й аміаку) стікає самопливом по корпусу абсорбера 5, повітрепроводу 4 і через його кишеню-пастку 18 по трубопроводу попадає в збірник циркуляційного розчину 1 При досягненні в рецикловому процесі прокачування розчину концентрації 20-25% змісту карбаміду його частково 10 зливають зі збірника 1, а розчин у збірнику доводять до початкової концентрації, приблизно, рівної 3-5% шляхом додавання в нього конденсату Концентрований розчин направляють на випарювання вологи Запропонований пристрій виготовлений і з листопада 2001 року встановлений на гранбашті цеху "Карбамід-1" ОАО "ДніпроАЗОТ" для очищення повітря при грануляції карбаміду Його експлуатація забезпечує очищення повітря від шкідливих викидів гранбашти на рівні 80-85%, що на 10-15% вище в порівнянні з прототипом При цьому, виникає економія електричної і теплової енергії до 18% унаслідок виключення електроприводів диспергаторів і зменшення витрати розчину карбаміду з 40мЗ/год - для прототипу, до 26мЗ/год для одного абсорбера, а на гранбашті встановлено чотири абсорбери Внаслідок виключення диспергаторів з електроприводами і заміни їх фільтруючим блоком з вихровими трубами значно зросла надійність праці пристрою в цілому - КІЛЬКІСТЬ зупинок устаткування на профілактичний огляд і ремонт скоротилася більше, ніж в 10 разів В цілому використання запропонованого пристрою забезпечує покращення екологічних, економічних і експлуатаційних характеристик при очищенні повітря від шкідливих викидів на гранбаштах у виробництві карбаміду 11 58709 12 13 58709 14 Фіг.З Комп'ютерна верстка М Мацело Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна