каплеотбойник для движущихся с высокими скоростями газов и повторного нагрева скрубберных газов

Формула изобретения

1. Способ мокрой очистки дымовых газов для снижения содержания SO_x, включающий подачу потока дымового газа по скрубберной башне снизу вверх, введение аэрозоля из капелек водного шлама тонкоизмельченных карбоната кальция, сульфата кальция, сульфита кальция и нереакционноспособных инертных материалов в контакт с дымовым газом в вертикальной скрубберной секции в противотоке потоку дымового газа, сбор шлама в виде жидкости после контактирования с потоком газа, отличающийся тем, что поток дымового газа после контактирования и прохождения им вертикальной скрубберной секции пропускают через одноходовой каплеотбойник, расположенный над вертикальной скрубберной секцией поперек нее под углом к направлению движения потока для уменьшения или объединения значительного количества капелек, уносимых газом, а также для отклонения направления потока дымового газа от вертикали.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каплеотбойник приспособлен для уменьшения количества капелек, по меньшей мере, на 40% и отклонения направления движения потока дымовых газов, по крайней мере, на 45^o от вертикальной оси башни.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дымовой газ в виде горизонтального потока дренируют через туманоотделитель, расположенный по ходу процесса после каплеотбойника.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что основную массу газа подают по скрубберной башне со скоростью, превышающей приблизительно 4,5 м/с.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что каплеотбойник в скрубберной башне ориентирован относительно горизонтали под углом примерно от 10 до 45^o.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что каплеотбойник вызывает падение давления менее приблизительно 0,15 дюйма водяного столба и удаляет или объединяет, по меньшей мере, 40% капелек, средний размер которых по Sauter составляет менее приблизительно 100 мкм.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каплеотбойнике применяют одноходовые сепараторные лопатки для сбора капелек за счет соударений и поворота потока газов в направлении, наиболее пригодном для последующего отделения тумана, причем отдельные лопатки закреплены параллельно между собой в каждом из множества комплектов.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что каплеотбойник имеет одноходовые сепараторные лопатки, которые смонтированы с образованием комплектов и ориентированы под углом примерно 35 - 55^o относительно вертикали, а зазор между ними составляет примерно от 40 до 70% меньшего размера отдельной лопатки.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что каплеотбойник имеет множество комплектов отдельных лопаток, причем эти комплекты ориентированы относительно друг друга под углом примерно 120 - 150^oС, образуя конфигурацию переплетения ткани "ломаная спаржа".

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что лопатки каплеотбойника периодически промывают непосредственным опрыскиванием промывной водой сверху и снизу.

11. Устройство для газожидкостного контактирования, имеющее вертикальную скрубберную секцию, отличающееся тем, что над скрубберной секцией и поперек нее размещен одноходовой каплеотбойник так, чтобы обеспечить уменьшение количества уносимых газом капелек и изменение направления движения потока дымовых газов, при этом за каплеотбойником установлен туманоотделитель для дренирования горизонтального потока газов.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что каплеотбойник обеспечивает уменьшение количества капелек по меньшей мере на 40% и отклонение направления движения потока дымовых газов по крайней мере на 30^o от вертикальной оси башни.

13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что оно представляет собой одноходовую открытую противоточную башню для мокрой известняковой очистки газов и имеет по меньшей мере один каплеотбойник и вертикально ориентированный туманоотделитель, где указанный каплеотбойник обеспечивает уменьшение количества капелек по меньшей мере на 40% и отклонение направления движения потока дымовых газов по меньшей мере на 30^o от вертикальной оси башни.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что каплеотбойник в скрубберной башне ориентирован под углом примерно 10 - 45^o относительно горизонтали.

15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что каплеотбойник имеет множество сепараторных лопаток, обеспечивающих сбор капелек за счет соударений и поворота потока газа в направлении, наиболее пригодном для последующего отделения тумана, причем лопатки закреплены параллельно друг другу в каждом из множества комплектов и ориентированы под углом примерно 35 - 55^o относительно вертикали.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что отдельные лопатки представляют собой прямоугольные пластины с меньшим размером примерно от 15 до 23 см и большим размером примерно от 60 до 150 см.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что зазор между отдельными лопатками составляет примерно от 40 до 70% меньшего размера отдельной лопатки.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что каплеотбойник имеет множество комплектов отдельных лопаток.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что комплекты отдельных лопаток ориентированы относительно друг друга предпочтительно под углом примерно 120 - 150^o с созданием конфигурации переплетения ткани "ломаная спаржа".

20. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит распылительные устройства для промывки лопаток каплеотбойника непосредственным опрыскиванием промывной водой сверху и снизу.

21. Способ снижения содержания SO_x в дымовом газе мокрой очисткой газа, включающий передачу тепла от SO_x-содержащего дымового газа, очищенного от захваченных им твердых материалов, путем подачи этого газа в роторный теплообменник, имеющий верхнюю и нижнюю секции с отверстиями для ввода и вывода газа, и теплообменный ротор с периферийной теплообменной поверхностью, подачу дымового газа снизу, вверх по одноходовой противоточной открытой скрубберной башне, введение аэрозоля из капелек водного шлама тонкоизмельченных карбоната кальция, сульфата кальция, сульфита кальция и нереакционноспособных твердых материалов в контакт с газом в противотоке потоку дымовых газов для промывания его от SO_x с получением промытого дымового газа, сбор шлама в реакционном резервуаре, отделение кристаллов сульфата кальция и возврат рециркуляционного потока в скрубберную зону и подачу потока дымового газа из верхней части башни в теплообменник с передачей тепла от содержащего SO_x дымового газа промытому дымовому газу, отличающийся тем, что роторный теплообменник ориентируют вертикально с получением горизонтальной оси его вращения, при этом теплообменный ротор с периферийной теплообменной поверхностью имеет горизонтальную ось вращения, обеспечивающую перемещение теплообменной поверхности ротора в вертикальной плоскости между верхней и нижней секциями, высоту зоны очистки газов поддерживают менее 6 м, средневесовой размер частиц карбоната кальция в водной суспензии поддерживают менее приблизительно 10 мкм, при сборе шлама в реакционном резервуаре обеспечивают возможность роста кристаллов сульфата кальция до тех пор, пока средневесовой диаметр этих кристаллов сульфата кальция не превысит по меньшей мере в 2 раза размеры частиц карбоната кальция, вводимого в качестве сырья перед отделением кристаллов сульфата кальция и возвратом рециркуляционного потока в скрубберную зону, и значение pH суспензии в реакционном резервуаре поддерживают примерно от 5,0 до 6,3.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что средний размер частиц тонкоизмельченного карбоната кальция при его вводе составляет менее приблизительно 8 мкм.

23. Способ по п.21, отличающийся тем, что величина молярного соотношения между кальцием и серой в рециркуляционном потоке превышает приблизительно 1,3.

24. Способ по п.21, отличающийся тем, что шлам, удаленный из реакционного резервуара, пропускают через гидроциклон для получения рециркуляционного потока, богатого мелкими частицами карбоната кальция, который возвращают в реакционный резервуар, и потока, богатого относительно более крупными частицами сульфата кальция, который затем удаляют.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что величина молярного соотношения между кальцием и серой в рециркуляционном потоке превышает приблизительно 1,3, средневесовой размер частиц тонкоизмельченного карбоната кальция составляет менее примерно 8 мкм, средневесовой размер частиц карбоната кальция в реакционном резервуаре составляет примерно от 2 до 6 мкм, а аэрозоль подают из насадок на двух уровнях.

26. Устройство для мокрой очистки дымовых газов для снижения содержания SO_x, содержащее роторный теплообменник, имеющий верхнюю и нижнюю секции с отверстиями для ввода и вывода газа и теплообменный ротор с периферийной теплообменной поверхностью, скрубберную башню, имеющую короб для впуска газа, короб для выпуска газа и вертикальную скрубберную секцию, размещенную внутри скрубберной секции группу распылительных приспособлений для введения аэрозоля водного шлама тонкоизмельченных карбоната кальция, сульфата кальция, сульфита кальция и нереакционноспособных твердых материалов, в противотоке потоку дымовых газов в башне, и короб для подачи потока содержащего SO_x дымового газа через впускное отверстие в нижней части роторного теплообменника и отвода газа через выпускное отверстие в верхней части теплообменника для передачи тепла от содержащего SO_x дымового газа промытому дымовому газу и удаления оттуда через выпускное отверстие, отличающееся тем, что роторный теплообменник ориентирован вертикально с получением горизонтальной оси вращения ротора, дающей возможность теплообменной поверхности ротора двигаться в вертикальной плоскости между верхней и нижней секциями, при этом оно снабжено каплеотбойником, а высота секции распылительного контактирования от верхней части впускного короба до нижней части каплеотбойника составляет менее 6 м.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к усовершенствованиям, связанным с выделением капелек жидкости из газовых потоков, с повышенной степенью эффективности и надежности, а в предпочтительном варианте - с удалением окислов серы (SO_x) из отходящих дымовых газов. Настоящее изобретение предназначено, в частности, для использования в системах на основе известняка для мокрой очистки газов, в которых применяют открытые башни с распылителями для противоточного контактирования для абсорбции SO_x из отходящих дымовых газов, прежде всего в открытых башнях с распылителями, которые работают при очень высоких приведенных скоростях движения газов, для повышения эффективности контактирования.

Ряд промышленных процессов основан на контактировании высокоскоростных газовых потоков с капельками жидкости с последующим разделением газа и жидкости. К ним относятся различные процессы промывки газов, такие как проводимые при удалении окислов серы из отходящих потоков дымовых газов.

При сгорании материалов, содержащих серу (например, топливо, такое как нефтетопливо и уголь), образуются различные окислы серы, которые относятся к группе SO_x. Законодательства требуют уменьшения выбросов SO_x. Одним из эффективных методов обработки отходящих потоков дымовых газов для снижения содержания SO_x является основанная на использовании известняка мокрая очистка газов. Технология мокрой очистки на известняковой основе хорошо разработана и эффективна, однако это связано с потребностями в очень громоздком оборудовании и с пропорциональными затратами. По ряду причин, которые приведены в совместно рассматриваемой заявке на патент США 08/257160, права на которую переданы обычным порядком, поданной от имени G.E.Bresowar, J.Klingspor и E. Bakke 9 июня 1994 г. (регистрационный номер патентного поверенного 1930-Р0004), целесообразно иметь возможность использовать высокие скорости газов.

К сожалению, применению высоких скоростей газа в противоточных установках газожидкостного контактирования, таких как открытые башни с распылителями, свойственна тенденция к увеличению затруднений технологического порядка при удалении захватываемых потоком капелек жидкости и усугублению проблем, связанных с поддержанием чистоты туманоотделительных установок и столкновением капелек со стенками скруббера, крышей и другим оборудованием. Загрязненным туманоотделителям в таких процессах характерна тенденция к засорению, поскольку загрязняющая жидкость перенасыщена сульфатом кальция. Покрытые отложениями стенки, крыша и другое оборудование могут увеличивать падение давления на пути через это оборудование и периодически приводить к отламыванию крупных кусков отложений твердых материалов и повреждению ими другого имеющего важное значение технологического оборудования, такого как распылительные коллекторы, насадки, крепежные элементы и т.п. Кроме того, при их падении в жидкую или шламовую технологическую систему могут попадать твердые материалы, которые способны засорять насадки и, следовательно, обусловливать более низкую надежность системы. Таким образом, существует необходимость в усовершенствованном устройстве для удаления захваченных капелек жидкости (например, шламов для промывки газов) из быстро движущихся газовых потоков (например, отходящих потоков дымовых газов).

Эффективные для этой цели сепараторы для уносимой жидкости должны вызывать соударения капелек жидкости с одной или несколькими поверхностями, что приводит к выпадению жидкости из газового потока. Эти поверхности должны характеризоваться легким дренированием и простотой мытья. Кроме того, они не должны в существенной мере содействовать повторному уносу жидкости. Во многих случаях предпочтительно применять вертикально установленный туманоотделитель, но он непрактичен, если при этом вертикальное направление движения газового потока должно быть изменено за счет его вхождения в контакт со стенками канала. Результатами были бы образование отложений и сопутствующие им проблемы.

Мокрую очистку газов и другие технические приемы, зависящие от газожидкостного контактирования с удалением захваченной потоком жидкости из дымового газа, целесообразно улучшать посредством более эффективного удаления уносимых капелек жидкости в сочетании с высокой производительностью, низким падением давления и слабой тенденцией к образованию осадков или наслоений твердых материалов, содержащихся в жидкости.

Самыми простыми по конструкции и в работе являются одноходовые открытые башенные системы, в которых для взаимодействия с SO_x используют карбонат кальция. Эти системы часто предпочтительны, потому что могут работать при низком падении давления и обладают слабой тенденцией к образованию отложений или засорению. Однако свойственные им простота и надежность в некоторых случаях сводятся на нет из-за их больших размеров, которые обусловлены реакционной способностью используемых шламов карбоната кальция. Так, например, поскольку для улучшения контакта между отходящими газами и промывной жидкостью в них не применяют никаких тарелок или насадок, высота башен, как правило, велика, поэтому с целью обеспечить хорошее контактирование применяют множество уровней распылительных насадок. Кроме того, способность жидкости для промывки газов абсорбировать SO_x из газа зависит от доступности содержащегося в жидкости основания, но с повышением щелочности растворимость карбоната кальция снижается, поэтому с целью способствовать хорошей абсорбции SO_x даже в условиях высокого содержания продолжают конструировать высокие башни.

Мокрую очистку газов в одноходовых открытых башнях, в которых для обработки отходящих дымовых газов, содержащих SO_x, используют карбонат кальция, целесообразно усовершенствовать повышением линейной скорости движения отходящих потоков в башне снизу вверх и уменьшением высоты башни с целью уменьшить необходимое для нее рабочее пространство и обеспечить дополнительное преимущество в виде простоты использования вертикально ориентированного роторного газо-газового теплообменника.

Предпосылки создания изобретения

Технология мокрой очистки отходящих дымовых газов для удаления SO_x обеспечивает контактирование газа с жидкостью в ряде различных установок. Среди наиболее распространенных установок можно назвать открытые противоточные башни с распылителями и башни, в которых применяют насадки или тарелки. В огромном разнообразии таких конструкций газ истекает вертикально снизу вверх, а жидкость под действием силы тяжести истекает сверху вниз. Было предложено использовать различные реагенты, но самыми предпочтительными являются те, которые можно приобретать по низкой цене и хранить и транспортировать с минимумом специальных манипуляций. Поэтому в качестве реагента был выбран карбонат кальция (коммерчески доступен в ряде разновидностей, включая известняк), поскольку он удовлетворяет таким критериям, а при правильном проведении процесса образует побочные продукты, которые можно легко утилизовать в виде отходов на свалках или продавать как гипс.

Конструкция и работа одноходовых противоточных башен с распылителями с применением известняка описаны Rader и Bakke в работе Incorporating Full-Scale Experience Into Advanced Limestone Wet FGD Designs, представленной на IGCI Forum "91, 12 сентября 1991 г., Вашингтон, округ Колумбия. Открытые башни с распылителями (т.е. те, у которых отсутствуют насадки, тарелки или другие средства, способствующие контактированию газа с жидкостью) представлены как простые по конструкции и высоко надежные при обессеривании дымового газа (ОДГ). Каплеотбойники подробно не рассмотрены, но описаны двухстадийный туманоотделитель и мытье верхней и нижней частей.

Известные и коммерчески доступные туманоотделители подробно описаны Jones, McIntush, Lundeen, Rhudy и Bowen в работе Mist Elimination System Design and Specificatoin for FGD Systems, представленной 16 августа 1993 г. на The 1993 SO₂ Control Symposium, Бостон, шт. Миннесота. С помощью всесторонних испытаний на специальной испытательной установке авторы показывают, что высокие скорости (т.е. такие, которые превышают приблизительно 4,5 метра в секунду) вертикальных восходящих газовых потоков в распылительной зоне создают затруднения для эффективного туманоотделения из-за такого явления, которое известно как "проскок". Проскок происходит, когда туманоотделитель фактически затопляется жидкостью из-за неадекватного дренирования. В зависимости от особенностей конкретной конструкции такой проскок при различных скоростях газов демонстрируют туманоотделители различных конструкций. Однако в общем при истечении вертикального восходящего потока газа со скоростью свыше 4,5 метра в секунду удовлетворительных результатов не показывает ни один туманоотделитель, и для всех из них характерен риск проскока.

Необходимо обеспечить такое туманоотделение, которое было бы эффективным при скоростях газа даже выше 4,5 метра в секунду, о которых говорится у Rader и Bakke. У одного из основных поставщиков ОДГ-систем на известняковой основе для вертикальных потоков имеется конструкция туманоотделителя, продемонстрировавшая пригодность для скоростей газовых потоков в зоне распыления свыше 4,5 метра в секунду. Чаще всего эту конструкцию описывают как туманоотделительную систему при электростанции N.V.Provinciale Zeeuwse Energie-Maatschappij, установка 12, находящейся в Нидерландах в г. Борсселль, которая представлена как вполне удовлетворительная у Rosenberg и Koch в сообщении Stack Gas Emissions Control Coordination Center Group из Баттелле 10 июля 1989 г. В основе этой конструкции лежит туманоотделитель для горизонтального потока, расположенный в виде круга возле и над распылительной зоной для вертикального потока. Уносимый из распылительной зоны шлам должен двигаться вверх, а затем делать внешне радиальный поворот и проходить через туманоотделитель. Такой туманоотделитель работает при приведенной поверхностной скорости, которая намного ниже скорости в распылительной зоне башни, фактически на 20% ниже скорости газа в распылительной зоне. Более того, верхние части туманоотделителя используются ниже его возможностей, тогда как нижние части, которые находятся ближе всего к распылительной зоне, оперируют с большей частью дымового газа и уносимого шлама. Такая установка, как используемая в Борсселле, дорого обходится при изготовлении и техническом обслуживании. Если борсселльскую конструкцию выполнить короче с целью снизить ее стоимость, можно и следует ожидать образования на крыше больших количеств наслоений из-за столкновения с ней движущихся из распылительной зоны вертикально капелек, направление движения которых в туманоотделителе не менялось бы. Таким образом, хотя признается и обычной практикой является работа туманоотделителей в ОДГ-системах на основе известняка при скоростях горизонтальных потоков газов 4,5-6,0 метров в секунду, борсселльская конструкция неработоспособна при таких условиях из-за опасности образования на крыше отложений.

Соударение капелек шлама с поверхностями как до, так и после туманоотделителей по ходу процесса в ОДГ-системах на основе известняка, нежелательно. После таких соударений капельки, которые не отделяются в виде капелек, т. е. не удаляются и не стекают под действием их собственного веса, по мере осаждения растворенных кальциевых ионов совместно с абсорбированным сульфитом, окисленным до сульфата, образуют пленочные отложения. Эти гипсовые пленочные отложения проявляют тенденцию к самопроизвольному накоплению, с заметной скоростью растут до тех пор, пока под действием механических сил или их собственного общего веса не происходит их отламывание. Такая ситуация весьма нежелательна, поскольку может привести и приводит к серьезным повреждениям внутреннего оборудования башни с распылителями и другого оборудования.

В известном уровне техники не описаны способы и устройства, необходимые для усовершенствования удаления уносимых капелек жидкости из ОДГ-скрубберных газовых потоков, движущихся вертикально со скоростями свыше 4,5 метра в секунду, без возникновения проблем вышеупомянутого типа.

В одноходовых противоточных открытых скрубберных башнях типа, описанного в работе Rader и Bakke, жидкость для промывки газа на основе карбоната кальция истекает сверху вниз, в то время как содержащий SO_x отходящий поток движется снизу вверх. Авторы суммируют установленные опытным путем значения ряда параметров, включая сюда и скорость подачи газа в абсорбере (приводя минимальную в 6 и максимальную в 15 футов в секунду, т.е. от примерно 2 до менее 4,5 метра в секунду), указывая на то, что эта скорость подачи газа в абсорбере оказывает слабое влияние на соотношение между жидкостью и газом (Ж/Г), являющееся ключевым фактором как для капитальных, так и для эксплуатационных затрат. Высота зоны распылительного контактирования в этих башнях не приведена, но типичные величины обычно составляют от примерно 6 до примерно 15 м, что, основываясь на опыте, рассматривают как важный фактор при конструировании эффективной системы, от которой можно ожидать надежного удаления по меньшей мере 95% SO_x из отходящих потоков дымовых газов.

SO_x, в основном SO₂, поглощают нисходящим шламом для промывки газов и собирают в реакционном резервуаре, в котором образуются сульфит кальция и сульфат кальция. Для ускорения образования сульфата реакционный резервуар целесообразно насыщать кислородом. После выращивания кристаллов сульфата достаточного размера их отделяют от шлама, отводимого из реакционного резервуара. Такие скрубберные башни относительно экономичны в работе, но размеры и, следовательно, стоимость установок могут служить фактором, ограничивающим применимость скрубберов этого типа на существующих электростанциях.

Теплоту поступающего дымового газа, как правило, используют для повторного нагрева обессеренных дымовых газов после промывки, но перед сбросом через дымовую трубу. Если этого не делать, будет заметен шлейф дыма, а все нежелательные компоненты не поднимутся вверх и не рассеются так, как это необходимо. В типичных очень высоких скрубберных башнях известной конструкции роторные газо-газовые теплообменники часто применяют в горизонтальном положении - вращение вокруг вертикальной оси. Такую установку располагают в удобном месте, а конфигурацию системы каналов подбирают таким образом, чтобы обеспечить поступление к ней и удаление от нее газовых потоков. Горизонтальная ориентация требует сложной системы каналов, соединяющих установку для повторного нагрева и скрубберную башню, а из-за коррозионной активности газов эта система каналов обходится довольно дорого как в изготовлении, так и при монтаже.

В статье K. R. Hegemann и др., озаглавленной THE BISCHOFF FLUE GAS DESULFURIZATION PROCESS (представлена в EPA и EPRI, которые являлись совместными спонсорами First Combined FGD and Dry SO₂ Control Symposium, 25-28 октября 1988 г. ), рассматривается скрубберная башня с горизонтально ориентированной, снабженной вертикальным валом роторной установкой для повторного нагрева описанного типа. Очевидно, что установка для повторного нагрева, размещенная в такой ориентации, требует наличия дорогостоящей системы каналов, которая соответствует большой высоте скрубберной башни.

В статье Hegemann и др. описан также гидроциклонный контур, который из башни для мокрой очистки газов выделяет гипсовый шлам в виде потока грубого твердого материала и потока тонкодисперсных твердых частиц, причем этот поток тонкодисперсных твердых частиц возвращают в скруббер. В патенте США 5215672 Rogers и др. описывают способ, аналогичный способу Hegemann и др., в котором в качестве основного обезвоживающего устройства применяют гидроциклон. В этом случае после отделения потока тонкодисперсных твердых частиц от потока грубых твердых частиц, богатого гипсом, воду как часть загущенного потока тонкодисперсных частиц сбрасывают в отход по меньшей мере вместе с частью удаленной мелочи. Однако ни в одном из описаний указанных технических решений не сказано, каким образом гидроциклон такого типа может быть использован для уменьшения высоты башни и ориентирования установки для повторного нагрева таким образом, чтобы она занимала меньше места и требовала менее сложной системы соединительных каналов.

В известном уровне техники не описаны способы и устройства, необходимые для усовершенствования в отношении размеров башни и пространственного решения установки для повторного нагрева в случае с одноходовыми открытыми башенными противоточными скрубберами для мокрого снижения содержания SO_x известняком.

Описание изобретения

Предметом настоящего изобретения является усовершенствованная конструкция и размещение каплеотбойников, установленных по ходу процесса перед туманоотделителями для горизонтальных потоков в устройстве для контактирования между газом и жидкостью.

Еще одним предметом изобретения является усовершенствованная конструкция и размещение каплеотбойников в одноходовых открытых башенных противоточных скрубберах мокрой известняковой очистки газов для эффективного удаления уносимых капелек жидкости из газов, движущихся с высокой скоростью вертикально снизу вверх.

Еще одним предметом изобретения является усовершенствованная конструкция и размещение каплеотбойников в одноходовых открытых башенных противоточных скрубберах мокрой известняковой очистки газов для эффективного удаления уносимых капелек жидкости из газов, движущихся с высокой скоростью вертикально снизу вверх и отклонения направления движения потока от крыши скрубберной башни.

Еще одним (особым) предметом изобретения является увеличение производительности и работоспособности одноходовых открытых башенных противоточных скрубберов мокрой известняковой очистки газов повышением скорости проходящих по ним газов без существенного падения давления в результате туманоотделения, избыточного образования отложений на стенках скрубберов (прежде всего на крыше), засорения каплеотбойника и засорения или проскока капель через туманоотделитель.

Еще одним (особым) предметом изобретения является увеличение производительности и работоспособности одноходовых открытых башенных противоточных скрубберов мокрой известняковой очистки газов повышением скорости проходящих по ним газов, изменением движения потока газов в направлении конечного туманоотделителя для горизонтального потока и созданием относительно однородного профиля скорости движения газа, входящего в конечный туманоотделитель.

Более специфическим предметом изобретения является уменьшение размеров и рабочего объема одноходовых открытых башенных противоточных скрубберов мокрой известняковой очистки газов для удаления SO_x из отходящих дымовых газов и обеспечение повышенной эффективности процесса.

Другим предметом предпочтительного варианта выполнения изобретения является усовершенствование работы одноходовых открытых башенных противоточных скрубберов мокрой известняковой очистки газов уменьшением высоты, необходимой для зоны распылительного контактирования в башне, уменьшением размеров системы соединительных каналов, необходимой для повторного нагрева обычного дымового газа, и обеспечение общей повышенной эффективности процесса.

Эти и другие предметы реализуются при помощи настоящего изобретения, в котором предлагаются усовершенствованные способы и устройство для мокрой очистки газов, в частности промывки газовых потоков, образующихся при сгорании серусодержащих топлив, таких как уголь и твердые отходы.

В соответствии с одним из предметов изобретения предлагается усовершенствованный способ мокрой очистки газов для снижения содержания SO_x в дымовых газах, включающий подачу потока дымового газа по скрубберной башне снизу вверх; введение аэрозоля из капелек водного шлама тонкоизмельченного карбоната кальция, сульфата кальция, сульфита кальция и других нереакционноспособных твердых материалов в контакт с дымовым газом в вертикальной скрубберной секции, причем указанный шлам опускается по башне по принципу противотока относительно движения потока дымового газа и его собирают в виде жидкости после контактирования; пропускание дымового газа через одноходовой каплеотбойник, расположенный над вертикальной скрубберной секцией и поперек нее под углом к направлению движения потока, обеспечивающим уменьшение количества капелек, уносимых газом, а также изменение направления движения потока дымового газа. Предпочтительный каплеотбойник эффективно уменьшает количество капелек по меньшей мере на 40%, а также изменяет направление движения потока дымовых газов по крайней мере на 45% относительно вертикальной оси башни. Затем дымовой газ направляют через расположенный после каплеотбойника по ходу процесса туманоотделитель с хорошим дренированием для горизонтального потока. В предпочтительном варианте выполнения одноходовых открытых башенных противоточных скрубберов мокрой известняковой очистки газов скорость потока газа в вертикальной скрубберной секции превышает приблизительно 4,5 метра в секунду.

Также в предпочтительном варианте каплеотбойник ориентирован в скрубберной башне под углом относительно горизонтали примерно в 10-45^o и предпочтительно вызывает низкое падение давления, составляющее менее приблизительно 0,15 дюймов водяного столба, но при этом удаляет по меньшей мере 40% капелек, одновременно объединяя существенную часть оставшихся капелек во фракции капель более крупных размеров, которые могут быть легко удалены с помощью находящегося дальше по ходу процесса туманоотделителя для горизонтальных потоков.

В предпочтительном варианте в каплеотбойнике для сбора капелек за счет соударений и для поворота потока газа в направлении, наиболее приемлемом для последующего туманоотделения, применяют одноходовые сепараторные лопатки. Отдельные лопатки удерживаются параллельно друг другу в каждом из нескольких комплектов. Лопатки ориентированы под углом примерно в 45-55^o относительно вертикали. Как правило, такие отдельные лопатки представляют собой пластины в форме параллелограмма с меньшим размером от примерно 15 до примерно 23 см и большим размером от примерно 60 до примерно 150 см. Зазор между отдельными лопатками, как правило, составляет от примерно 40 до примерно 70% меньшего размера отдельных лопаток. Множество комплектов отдельных лопаток предпочтительно ориентировано под углом примерно в 120-150^o относительно друг друга с созданием конфигурации ткани переплетения "ломаная саржа". В предпочтительном варианте лопатки периодически промывают непосредственно опрыскиванием лопаток промывной водой как сверху, так и снизу.

Согласно другому предмету изобретения предлагается усовершенствованный способ мокрой очистки газов для снижения содержания SO_x в дымовом газе, включающий (а) передачу тепла от SO_x-содержащего дымового газа подачей этого газа через впускное отверстие в нижнюю секцию вертикально ориентированного, снабженного горизонтальным валом роторного теплообменника, причем у этого теплообменника имеются нижняя секция и верхняя секция, каждая из которых снабжена впускными и выпускными отверстиями, и теплообменный ротор, с периферийной теплообменной поверхностью и горизонтальной осью вращения, дающей возможность теплообменной поверхности ротора двигаться в вертикальной плоскости между верхней и нижней секциями; (б) подачу дымового газа снизу вверх по скрубберной башне, высота зоны распылительного контактирования в которой составляет менее 6 метров; (в) введение аэрозоля из капелек водного шлама тонкоизмельченного карбоната кальция, сульфата кальция, сульфита кальция и нереакционноспособных твердых материалов, опускающегося по башне по принципу противотока относительно движения потока дымового газа, с целью промывки указанного дымового газа от SO_x и получения промытого дымового газа; (г) удаление практически всего, за исключением незначительной части, уносимого тумана из дымового газа и (д) подачу потока дымового газа из верхней части башни через верхнюю часть теплообменника с передачей тепла от SO_x-содержащего дымового газа к промытому дымовому газу.

Еще одним предметом изобретения является усовершенствованное устройство для мокрой очистки газов с целью снижения содержания SO_x в дымовых газах, включающее (а) теплообменник, у которого имеются нижняя секция и верхняя секция, каждая из которых снабжена впускными и выпускными отверстиями, и теплообменный ротор с периферийной теплообменной поверхностью и горизонтальной осью вращения, обеспечивающей теплообменной поверхности ротора возможность перемещаться в вертикальной плоскости между верхней и нижней секциями; (б) скрубберную башню, у которой имеются короб для впуска газа, короб для выпуска газа и вертикальная скрубберная секция, причем высота зоны распылительного контактирования составляет менее 6 метров; (в) группу распылительных приспособлений, размещенных внутри скрубберной секции, компоновка которых рассчитана на введение аэрозоля водного шлама тонкоизмельченного карбоната кальция, сульфата кальция, сульфита кальция и нереакционноспособных твердых материалов, опускающегося в башне по принципу противотока относительно потока дымового газа; (г) комплект из одного или нескольких каплеотбойников и/или туманоотделителей для удаления практически всего уносимого тумана из дымового газа и (д) короб для подачи потока SO_x-содержащего дымового газа через впускное отверстие в нижней части роторного теплообменника и отвода оттуда через выпускное отверстие и подачи потока дымового газа из верхней части башни через впускное отверстие в верхней части теплообменника для передачи тепла от SO_x-содержащего дымового газа к промытому дымовому газу и удаления оттуда через выпускное отверстие.

Краткое описание чертежей

Сущность и преимущества настоящего изобретения более подробно описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

на фиг. 1 - схематическое изображение предпочтительного варианта способа по изобретению с применением одноходового открытого башенного противоточного скруббера мокрой известняковой очистки газов;

на фиг. 2 - аксонометрическое изображение каплеотбойника, показанного в башне с распылителями по фиг. 1;

на фиг. 3 - аксонометрическое изображение другого варианта выполнения каплеотбойника по изобретению;

на фиг. 4 - схематическое изображение предпочтительного варианта выполнения способа и устройства по изобретению с применением одноходового открытого башенного противоточного скруббера мокрой известняковой очистки газов и вертикально установленного, снабженного горизонтальным валом роторного теплообменника.

Промышленная применимость

Основным предметом нижеследующего описания является предпочтительный вариант по фиг. 1, где показан процесс одноходовой открытой башенной противоточной мокрой известняковой очистки газов для удаления окислов серы, прежде всего SO₂, из отходящих дымовых газов. Однако из приведенного ниже описания очевидно, что технические приемы по изобретению могут найти применение для проведения других газожидкостных процессов и в отношении скрубберов других типов.

На схеме предпочтительного выполнения способа по фиг. 1 показан поток дымового газа, такой как отходящий из промышленной или бытовой котельной на твердом топливе, поступающий по коробу 20 в скруббер 100 для мокрой очистки газов. Газ внутри башни истекает снизу вверх по вертикальной скрубберной секции 110 в противоток к аэрозолю водного шлама, который содержит тонкоизмельченный известняк и подаваемого набором распылительных насадок 112 и 112". В башне аэрозоль разбивается на капельки. Скорости газового потока по изобретению превышают 4,5, предпочтительно составляют от примерно 5 до примерно 6 метров в секунду. Такие скорости газа целесообразны для одноходовых открытых башенных скрубберов мокрой известняковой очистки газов, поскольку они упрощают обработку дымовых газов уменьшенными относительными количествами водного шлама, например, при пониженных соотношениях Ж/Г.

Известняк является предпочтительной разновидностью карбоната кальция, но при необходимости он может быть заменен другой разновидностью. Помимо известняка другими возможными формами карбоната кальция являются устричные раковины, арагонит, кальцит, мел, мрамор, мергель и травертин. Можно применять ископаемый материал или получаемый в производстве. В данном описании термины "карбонат кальция" и "известняк" использованы как взаимозаменяющие. В предпочтительном варианте известняк тонко измельчают, предпочтительно до средневесового размера частиц менее приблизительно 8 мкм при их введении.

Окислы серы из отходящих дымовых газов абсорбируются водной фазой шлама и взаимодействуют с содержащимся в нем кальцием с образованием преимущественно сульфита кальция, который затем может быть окислен с образованием сульфата кальция. В определенной степени реакция протекает в падающих капельках, но основная часть реакции проходит в реакционном резервуаре 120, в котором собирается шлам.

Промытый отходящий поток газов проходит через каплеотбойник 130 по изобретению, в котором удаляется существенная часть уносимых капелек и в котором этот отходящий поток меняет направление движения. Направление движения основной массы отходящего потока меняется с вертикального на почти горизонтальное. Это имеет несколько преимуществ, в том числе ослабленное столкновение шлама с крышей 102 скрубберной башни. Важна также возможность сочетать высокие скорости отходящего потока с высокоэффективным удалением из практически горизонтального потока мелких капелек тумана с помощью вертикального туманоотделителя 140. В свою очередь преимущество высоких скоростей газового потока в вертикальной скрубберной секции 110 состоит в том, что они позволяют лучше псевдоожижать капельки шлама для промывки газов, увеличивая продолжительность контактирования каждой капельки с отходящим потоком при данной высоте башни. Затем промытый и освобожденный от тумана отходящий поток можно удалять по выпускному коробу 150.

Без принятия необходимых мер по изобретению при высоких скоростях движения газа, которые целесообразны для усовершенствования ОДГ-процесса, возникают проблемы с образованием отложений на крыше 102 башни и туманоотделителей известной конструкции. Эти отложения могут образовываться во всех тех случаях, когда у уносимой жидкости шлама возникает возможность скапливаться и когда ее не смывают или не дают ей стекать с поверхностей. Уносимый шлам может быстро перенасыщаться сульфатом кальция, вследствие чего осаждаются гипсовые пленочные отложения, которые могут нарастать до образования значительных отложений. В больших количествах отложения могут увеличивать падение давления при прохождении по скрубберу и вызывать отламывание крупных кусков и их падение в башню с распылителями, что может привести к повреждению коллекторов, насадок или опорных элементов, и возможное падение в реакционный резервуар 120, откуда такие отложения рециркуляционным насосом могут подаваться к коллекторам 112 и 112", вызывая засорение распылительных насадок 114.

Применение более эффективных туманоотделителей вместо каплеотбойника можно было бы рассматривать как эффективное решение, однако по вышеуказанным причинам при скоростях вертикального газового потока от примерно 4,5 до примерно 6,0 метров в секунду туманоотделители большей частью неэффективны. Без применения настоящего изобретения высокие скорости оказываются неприемлемыми из-за отложений, которые образуются на крыше 102. Можно утверждать, что простая промывка крыши 102 и подверженных воздействию поверхностей свежей водой была бы адекватным средством предотвращения образования отложений без использования настоящего изобретения. Но несмотря на то, что это может быть действительно осуществимо, изобретение обладает другими преимуществами, которых не дает простая промывка подверженных воздействию поверхностей. Применение изобретения позволяет добиться этих других преимуществ одновременно, а промывка подверженных воздействию поверхностей в результате становится необязательной.

Согласно изобретению одноходовой каплеотбойник 130 размещают над вертикальной скрубберной секцией 110 и поперек нее. Конструкция и местонахождение каплеотбойника 130 дают возможность эффективно уменьшать количество капелек влаги и также менять направление движения потока дымовых газов, придавая им ориентацию, обеспечивающую рациональное применение высокоэффективного туманоотделителя для горизонтальных потоков. Каплеотбойник 130 показан на фиг. 2 как сориентированный в скрубберной башне 100 под углом к горизонтали. В предпочтительном варианте этот угол составляет от примерно 10 до примерно 45^o, например приблизительно 20^o.

На фиг. 2 представлен предпочтительный вариант выполнения каплеотбойника 130, в котором использованы одноходовые сепараторные лопатки 132 для сбора капелек за счет соударений и поворота потока газа в направлении, наиболее приемлемом для последующего туманоотделения, и предпочтительно с уводом от прямого столкновения с верхней стенкой 102 скрубберной башни. Отдельные лопатки 132 смонтированы в рамах 133 с образованием комплектов 134, 134" и т. д. Как показано на чертеже, эти комплекты состоят из множества лопаток, но фактическое число лопаток в комплекте варьируют в зависимости от требуемого веса каждого комплекта, причем этот вес таков, что один или два человека из обслуживающего персонала в случае необходимости способны легко установить или удалить комплект. Как правило, один комплект составляют приблизительно от трех до шести лопаток. Такие комплекты размещены таким образом, чтобы они примыкали друг к другу и в целом образовывали каплеотбойную решетку. Нижние кромки рам 133 определяют нижнюю поверхность 135 комплектов 134 и т.д. Отдельные лопатки 132 ориентированы под углом к вертикали. Как правило, лопатка этого типа представляет собой прямоугольную пластину с меньшим размером от примерно 15 до примерно 23 см и большим размером от примерно 60 до примерно 150 см. Зазор между отдельными лопатками, как правило, составляет от примерно 40 до примерно 70% меньшего размера отдельных лопаток. Предпочтительно угол составляет от примерно 35 до примерно 55^o, а его точная величина зависит от требуемого угла направления движения отходящего потока.

Комплекты 134 и т. д. сконструированы и ориентированы таким образом, чтобы обеспечивать наилучшее дренирование. Отдельные комплекты смонтированы с конфигурацией ткани переплетения "ломаная саржа", как это показано на чертеже. Комплекты 134 и т.д. предпочтительно ориентированы под углом , как правило, составляющим от примерно 120 до примерно 150^o, предпочтительно от примерно 125 до примерно 145^o (наиболее предпочтительно приблизительно 140^o). Конструкция каплеотбойника опирается на элементы 136, длина которых соответствует длине каждого из комплектов. Возможны другие конструкции опорных приспособлений. Хотя на чертеже представлены прямоугольные секции, скрубберная башня, как правило, имеет круглое поперечное сечение, поэтому комплекты вблизи стенки характеризуются соответствующей закругленной конфигурацией.

Конструкция каплеотбойника 130 обеспечивает возможность прямого контактного мытья лопаток с помощью неподвижно смонтированных насадочных трубок 137, снабженных распылительными насадками 138, способными непосредственно опрыскивать промывной водой лопатки как сверху, так и снизу. Промывку, как правило, производят подключением каждого из промывных коллекторов раздельно и последовательно, одного за другим, однако возможны и другие схемы промывки. Так, например, может оказаться приемлемой работа одновременно двух коллекторов. Высокое качество промывной воды и количество, в котором ее используют, достаточны для уменьшения содержания на сепараторных поверхностях насыщенных растворов растворенных солей. Как правило, расход промывной жидкости во время работы коллектора может составлять от примерно 16 до примерно 60 литров в минуту на квадратный метр площади. Промывку каплеотбойника сверху обычно проводят с расходом в том же самом интервале, но реже, чем при промывке снизу. С целью предотвратить накопление гипсовых отложений промывку комплектов сверху и снизу предпочтительно проводят в соответствии с установившейся практикой, т.е. с частыми циклами. Хорошее дренирование, достигаемое комплектами 134 и т.д. в форме ткани переплетения "ломаная саржа", в сочетании с использованием высококачественной промывной воды и с частыми промывками обеспечивает работу устройства практически без образования осадков. Однако порядок промывки и параметры воды можно варьировать в зависимости от потребностей ОДГ-процесса.

Отличительная особенность изобретения заключается в отсутствии необходимости в том, чтобы эффективность сепарирования каплеотбойника была такой же высокой, как у многоходовых сепараторов, известных и используемых в данной области техники, поскольку способность менять направление движения потока с вертикального на горизонтальное дает возможность использовать высокоэффективный туманоотделитель 140 для горизонтальных потоков. Таким образом, даже несмотря на то, что эффективность удаления материала уноса ниже, чем это было бы целесообразно для башен мокрой очистки газов, каплеотбойник вызывает очень низкое падение давления, например, менее приблизительно 0,15 дюйма водяного столба, уменьшает количество или объединяет до 40% капелек размерами менее 100 мкм и обладает другими преимуществами с точки зрения очищаемости, дренирования, простоты технического обслуживания, износоустойчивости, отклонения газового потока от поверхностей верхней стенки и крыши башни и относительно равномерной ориентации газового потока в направлении высокоэффективного туманоотделителя 140 для горизонтальных потоков. Предпочтителен туманоотделитель 140 дефлекторного типа, например, с зигзагообразным дефлектором такого типа, который описан в упомянутой статье Jones и др.

Другой вариант выполнения изобретения показан на фиг. 3, где представлен единственный комплект 334 лопаток 332, уложенных диагонально в плоской панели, опирающейся на раму 333. Лопатки ориентированы под углом (в частности от примерно 15 до примерно 40^o, предпочтительно приблизительно 20^o) к раме и образуют такой же угол с вертикалью, что и в варианте по фиг. 2.

Необходимо отметить, что комплекты лопаток по фиг. 3 характеризуются скорее не конфигурацией комплектов в форме ткани переплетения "ломаная саржа", а плоскими выступами между опорными элементами 136. Хорошему дренированию способствует сила тяжести, влияющая на захватываемые капельки благодаря пути дренирования, создаваемому углом а и углом .

Ниже описан предпочтительный вариант по фиг. 4, где изображен процесс одноходовой открытой башенной противоточной мокрой известняковой очистки газов для удаления окислов серы, преимущественно SO₂, из отходящих потоков дымовых газов. Однако из приведенного ниже описания очевидно, что характеристики изобретения обеспечивают преимущества перед скрубберами других типов.

На технологической схеме фиг. 4 показана обработка отходящего потока после его очистки, как, например, в электрофильтре или тканевом фильтре (не показан), который обеспечивает практическое удаление захватываемых потоком твердых частиц. Очищенный дымовой газ далее проходит по коробу 421 в теплообменник 431, у которого имеются нижняя 432 и верхняя 433 секции. Как нижняя, так и верхняя секции снабжены впускными отверстиями (434, 437) и выпускными отверстиями (435, 436). Относительно горячий газ (в частности с температурой от примерно 420 до примерно 175^oC) нагревает внутренний теплообменный ротор 438 (показан прерывистой линией), снабженный периферийной теплообменной поверхностью. Ротор 438 вращается вокруг горизонтальной оси вращения 439, позволяя своей теплообменной поверхности двигаться в вертикальной плоскости между верхней и нижней секциями. Теплоту, отдаваемую таким путем входящим дымовым газом, используют для повторного нагрева промытого дымового газа, поступающего через впускное отверстие 437 в верхнюю секцию 433 и выходящего через выпускное отверстие 436 перед удалением по каналу 422 в дымовую трубу (не показана).

После выхода из выпускного отверстия 435 нижней секции SO_x-содержащий дымовой газ направляют в башню 400 для мокрой очистки газов, где он истекает снизу вверх, в противотоке к аэрозолю содержащего тонкоизмельченный известняк водного шлама, выбрасываемому внутрь вертикальной скрубберной секции 410 набором распылительных насадок. Из секции 410 промывки газов газ проходит по выпускному коробу 420. Конфигурация башни заставляет поток дымового газа проходить снизу вверх по вертикальной скрубберной секции. Шлам для промывки газа, падающий по вертикальной скрубберной секции 410, собирают в реакционном резервуаре 430. Общая высота зоны распылительного контактирования 411 внутри скрубберной секции 410 составляет менее 6 метров.

Известняк является предпочтительной разновидностью карбоната кальция, но при необходимости он может быть заменен другой разновидностью. Помимо известняка другими формами карбоната кальция являются устричные раковины, арагонит, кальцит, мел, мрамор, мергель и травертин. Можно применять ископаемый материал или получаемый в производстве. В данном описании термины "карбонат кальция" и "известняк" используют как взаимозаменяющие.

Известняк тонко измельчают, предпочтительно размолом, с достижением средневесового диаметра частиц приблизительно 10 мкм, наиболее предпочтительно 8 мкм или меньше, при содержании частиц размерами менее 44 мкм 99 вес.% или более. Такой материал исключительно тонкодисперсен для мокрой очистки газов в открытой башне с противоточным истечением потока известнякового шлама. Более типичному размеру частиц при измельчении по известному уровню техники соответствует средневесовой диаметр 15 мкм или меньше при содержании 90 вес. % или более частиц с размерами менее 44 мкм. В качестве еще одного отличия от известного уровня техники следует отметить, что при измельчении до предпочтительного размера по изобретению получают частицы средневесового размера менее приблизительно 6 мкм при содержании 99,5 вес.% частиц с размерами менее 44 мкм. Применение помола до этого размера частиц дает несколько преимуществ, прежде всего при обработке шлама из реакционного резервуара в гидроциклоне для удаления гипса и концентрирования карбоната кальция в виде еще более тонкодисперсных частиц, как это описано ниже.

Вертикальная скрубберная секция 410 содержит группу распылительных насадок, размещенных внутри нее. Компоновка этой группы рассчитана на ввод аэрозоля водного шлама тонкоизмельченного карбоната кальция, сульфата кальция, сульфита кальция и нереакционноспособных твердых материалов, опускающегося в башне в противоток к потоку дымового газа. На чертеже представлен набор распылительных насадок, которые показаны как состоящие из трех рядов 412, 412" и 412"" насадок.

Насадки предпочтительно размещать с зазором между рядами менее примерно 2 м и с поочередно чередующимся направлением истечения из смежных насадок вверх и вниз. Уменьшение зазора между насадками, уменьшение числа одновременно действующих уровней (предпочтительно до 2) и увеличение скорости восходящего потока газа внутри вертикальной скрубберной секции дают возможность сохранить высоту башни в зоне распылительного контактирования менее 6 метров, предпочтительно в интервале от примерно 4 до примерно 6 метров (если измерять от верхней части впускного короба до нижней части наклонно установленного каплеотбойника 440), которая на чертеже обозначена позицией H.

Предпочтительное размещение насадок этого типа описано в совместно рассматриваемой заявке на патент США 08/257160, поданной авторами настоящего изобретения 9 июня 1994 г. (регистрационный номер патентного поверенного 1930-Р0004), которая в полном объеме включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Реакционный резервуар 430 расположен ниже группы распылительных устройств, что позволяет собирать шлам по завершении периода контактирования с дымовым газом внутри зоны распылительного контактирования 411. Размеры реакционного резервуара 430 приемлемы для взаимодействия растворенного SO₂ с растворенным кислородом с образованием сульфата с последующим взаимодействием сульфата с растворенными ионами кальция с образованием кристаллов гипса, средневесовой диаметр которых по меньшей мере в 2 раза, предпочтительно в 5-10 раз, превышает размеры частиц карбоната кальция, вводимого в качестве сырья.

Благодаря разнице между размерами частиц карбоната кальция и гипса и устройством, используемым для отделения гипса и концентрирования карбоната кальция, как более подробно описано ниже, концентрацию твердого материала в карбонате кальция можно повысить приблизительно на 20-50% относительно достижимой в ранее известных противоточных конструкционных исполнениях. Дополнительное преимущество заключается в том, что такой шлам характеризуется более высоким стехиометрическим соотношением между кальцием и серой, чем в ранее известных системах, как правило, составляющим по меньшей мере 1,3, преимущественно приблизительно 1,4 или больше.

Окислы серы из отходящих дымовых газов абсорбируются водной фазой шлама в вертикальной скрубберной секции 410 и взаимодействуют с содержащимся в нем основным компонентом в форме гидроксидных ионов с образованием бисульфита, который может быть частично окислен в скрубберной секции 410 и почти полностью окислен в реакционном резервуаре 430 с образованием сульфата. Наличие основного компонента обусловлено главным образом растворением карбоната кальция, которое происходит как в скрубберной секции 410, так и в реакционном резервуаре 430. С целью обеспечить достаточную полноту реакции предпочтительно, как и по известному уровню техники, применять кислородное барботирование, хотя некоторое количество кислорода может быть получено из самого дымового газа в скрубберной секции 410. В определенной степени реакция протекает в падающих капельках, но основная часть реакции протекает в реакционном резервуаре 430, в котором собирается шлам. Одна из отличительных особенностей изобретения заключается в том, что продолжительность пребывания в реакционном резервуаре в сравнении с обычной коммерческой величиной, приблизительно равной 15 ч, уменьшена до примерно 6 ч. Уменьшение продолжительности пребывания в реакционном резервуаре обладает рядом преимуществ с точки зрения простоты проведения процесса, размеров оборудования и качества гипса, получаемого в виде побочного продукта.

Предпочтительное значение pH шлама в реакционном резервуаре 430 составляет от примерно 5,0 до примерно 6,3, наиболее предпочтительно от примерно 5,8 до примерно 6,3. Более высокое значение pH указывает на повышенное содержание доступного основного компонента в жидкости шлама и соответственно на повышенную способность жидкости абсорбировать SO₂. Преимущество изобретения состоит в том, что, поскольку карбонат кальция поступает в виде тонкодисперсных частиц и направляется на рециркуляцию также в виде тонкодисперсных частиц, возможно повышенное содержание доступного основного компонента. В ранее известных системах для повышения скорости реакции карбоната кальция, как правило, используют низкие значения pH, но в нормальных условиях из-за уменьшения количества доступного основного компонента это замедляет абсорбцию SO_x в скрубберной секции 410. Частицы малого размера обеспечивают повышенное содержание доступного основного компонента даже при таких значениях pH, которые ниже требуемых, в значительной мере компенсируя тем самым влияние низкого значения pH на способность шлама промывать газ.

С реакционным резервуаром 430 и группой распылительных устройств, размещенных в вертикальной скрубберной секции 410, связаны устройства подачи распыляемого шлама, содержащие по меньшей мере насос 422 и сообщающийся с ним патрубок 424 для отвода шлама из реакционного резервуара 430 и подачи шлама к группе распылительных устройств, находящихся внутри этой скрубберной секции.

Промытый отходящий поток в значительной степени освобождается от захваченных им капелек жидкости, а направление движения потока изменяется каплеотбойником 140, а затем туманоотделителем 450. Направление движения основной массы отходящего потока меняется с вертикального на почти горизонтальное. Далее промытый и освобожденный от тумана отходящий поток можно удалять в теплообменник 431, направляя его по коробу 460 в верхнее впускное отверстие 437.

Предпочтительно скрубберы по изобретению включают одноходовой каплеотбойник 440, обеспечивающий уменьшение количества капелек влаги, а также изменяющий направление движения потока дымовых газов с такой его ориентацией, которая позволяет эффективно использовать туманоотделитель для горизонтального потока. Каплеотбойники такого типа описаны выше.

Находящийся в линии 470 воздух упрощает подачу кислорода для окисления сульфита кальция до сульфата кальция. Содержимое резервуара предпочтительно перемешивать с помощью обычных приспособлений, которые на чертежах не показаны.

С реакционным резервуаром 430 сообщается гидроциклон 480, который применяют для удаления из реакционного резервуара 430 части шлама с целью концентрирования тонкодисперсных частиц карбоната кальция для возврата в процесс, а также для удаления гипса. Гидроциклон 480 разделяет шлам, отводимый из реакционного резервуара, на рециркуляционный поток 482, богатый мелкими частицами карбоната кальция, и другой поток 484, содержащий основную массу относительно крупных частиц сульфата кальция. Предпочтительно обеспечить промывку с использованием возвращаемого в процесс перетока, а именно рециркуляционного потока 482. На чертеже это обозначено разгрузочным патрубком 485.

Предпочтительная величина стехиометрического соотношения между кальцием и серой в рециркуляционном потоке 484 обычно составляет от примерно 1,2 до примерно 2,0, наиболее предпочтительно от примерно 1,3 до примерно 1,4. Концентрация суспендированных твердых частиц в рециркуляционном потоке, как правило, составляет от примерно 1 до примерно 10 вес.%, наиболее часто от примерно 2 до примерно 6 вес.%. Отделение основной массы сульфата кальция от известняка в гидроциклоне 482, помимо повышения упомянутого стехиометрического соотношения и содержания доступного основного компонента, снижает содержание твердых материалов в шламе.

Вышеприведенное описание служит иллюстрацией того, каким образом любой специалист в данной области техники может практически осуществить изобретение, поэтому нет необходимости в том, чтобы подробно останавливаться на всех явных модификациях и вариантах его выполнения, которые становятся очевидными для специалиста в данной области техники из настоящего описания. Однако необходимо отметить, что все такие очевидные модификации и варианты выполнения подпадают под объем изобретения, который определен прилагаемой формулой. Это означает, что формула изобретения включает все заявляемые элементы и стадии в любой компоновке или последовательности, применимые для достижения поставленных в нем целей, если только в контексте описания не оговорено иное.