способ и устройство для удаления окислов азота и окислов серы

Формула изобретения

1. Способ удаления окислов азота и окислов серы из дымовых газов, включающий охлаждение дымовых газов до температуры ниже температуры точки росы, конденсацию водяных паров в трубчатом теплообменнике, смешение дымовых газов с газообразным реагентом, удаление очищенных дымовых газов и части кислого конденсата из зоны обработки, отличающийся тем, что дымовые газы перед охлаждением смешивают с озоновоздушной смесью, десорбированной из рециркуляционного конденсата, после охлаждения контактируют с рециркуляционным конденсатом, насыщенным озоном, кислородом и кислотными компонентами в абсорбционной секции, который абсорбирует из дымовых газов окислы азота и окислы серы с одновременным их окислением и образованием кислого конденсата, большая часть которого смешивается со свежим конденсатом из теплообменной секции и через гидравлический затвор самотеком поступает на рециркуляцию в корпус эрлифта, смешивается с озоновоздушной смесью, образуя газожидкостную эмульсию, поднимается с одновременным поглощением озона и кислорода из воздуха и их химическим взаимодействием с компонентами конденсата по подъемной трубе эрлифта в десорбционно-распределительную секцию, где из эмульсии отделяется и десорбируется часть озоновоздушной смеси, а рециркуляционный конденсат, насыщенный озоном, кислородом и кислотными компонентами, самотеком поступает на распределительную решетку, откуда орошает абсорбционную секцию.

2. Устройство для удаления окислов азота и окислов серы из дымовых газов, включающее зону обработки в газоходе с размещенными в нем теплообменной и абсорбционной секциями, трубой с перфорированным насадком, отличающееся тем, что над зоной обработки на потолке газохода помещена десорбционно-распределительная секция, в которой размещены устроенные в потолке газохода распределительная решетка, порог, входное отверстие трубы с перфорированным насадком, устье подъемной трубы эрлифта, корпус которого соединен с днищем газохода гидрозатвором.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки дымовых газов теплоэнергетических установок от окислов азота и окислов серы.

Известны способ и устройство очистки дымовых газов от кислых загрязнений, заключающийся в том, что поток дымовых газов пропускают через зону охлаждения, где газы охлаждаются через стенку трубчатого холодильника до температуры ниже точки росы. При этом на поверхности стенки холодильника образуется конденсат, содержащий кислотные компоненты, который контактирует с охлаждающими дымовыми газами и улавливает кислые загрязнители [1].

Основными недостатками известного способа устройства является низкая эффективность очистки дымовых газов от окислов азота, обусловленная слабой окисляемостью окислов азота и серы кислородом воздуха и недостаточным количеством абсорбента - кислого конденсата.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ удаления оксидов серы SO_x и оксидов азота NO_x из газообразных продуктов, заключающийся в том, что поток газообразных продуктов сгорания пропускают через зону обработки, где он охлаждается через стенку трубчатого холодильника, в котором протекает охлаждающая жидкость, до температуры ниже точки росы, в результата чего на поверхности труб холодильника образуется конденсат, содержащий кислотные компоненты. В момент снижения температуры газового потока до точки росы в зону обработки вводят газообразный аммиак, нейтрализующий конденсат с кислотными компонентами на поверхности трубок холодильника, после чего очищенный газ удаляют в атмосферу, а кислый конденсат выводят из зоны обработки. Устройство, в котором реализуется данный способ, представляет собой часть газохода (зона обработки), в котором размещается трубчатый холодильник для охлаждения газа и абсорбции газообразного аммиака (теплообменная и абсорбционная секции), труба с перфорированным насадком для подачи и распределения газообразного аммиака и штуцер для отвода кислого конденсата, размещенный в днище газохода [2].

Основными недостатками известного способа является низкая технологическая и экономическая эффективность, повышенная экологическая опасность, обусловленные недостаточным количеством абсорбента - кислого конденсата, низкой скоростью массообмена между контактирующими фазами, применением аммиака в технологическом процессе и возможностью его проскока в атмосферу.

Основным недостатком известного устройства является низкая эффективность его работы, обусловленная невозможностью увеличения расхода абсорбента - кислого конденсата и увеличения поверхности между контактирующими фазами.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности и экологической безопасности процесса очистки дымовых газов от окислов азота и серы с одновременной утилизацией их тепла и конструкции устройства.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ включает в себя подачу дымовых газов в зону обработки, размещенную в газоходе, где они смешиваются с озоновоздушной смесью, выделившейся из рециркуляционного конденсата, затем поступают в межтрубное пространство трубчатого теплообменника, в трубах которого циркулирует охлаждающий агент, охлаждаются до температуры ниже температуры точки росы дымовых газов и конденсации находящихся в них водяных паров, после чего поступают в абсорбционную секцию, где контактируют с рециркуляционным конденсатом, насыщенным озоном, кислородом и кислотными компонентами, стекающим через щели распределительной решетки по поверхности насадка и поглощающим окислы азота и серы, на днище абсорбционной секции, откуда часть кислого конденсата выводят из зоны обработки, а очищенные дымовые газы по газоходу выводят в атмосферу; образовавшийся в теплообменнике свежий конденсат стекает вниз по наружной поверхности труб, контактируя при этом со смесью дымовых газов, озона и воздуха, на днище газохода, где смешивается с большой частью кислого конденсата, представляющего собой смесь разбавленной азотной и серной кислот; полученная смесь кислого и свежего конденсата самотеком через гидравлический затвор стекает на рециркуляцию в нижнюю часть корпуса эрлифта, куда также поступает озоновоздушная смесь, которая, проходя через отверстия в смесителе эрлифта, образует при этом газожидкостную эмульсию, поднимающуюся за счет своего малого веса вверх по подъемной трубе эрлифта с одновременным поглощением озона и кислорода из воздуха и их химическим взаимодействием с окислами азота, серы и водой; насыщенный рециркуляционный конденсат из устья подъемной трубы поступает в десорбционно-распределительную секцию, где из эмульсии отделяется и десорбируется часть озоновоздушной смеси, которая затем смешивается с дымовыми газами, а рециркуляционный конденсат, насыщенный озоном, кислородом и кислотными компонентами, самотеком поступает на распределительную решетку, откуда орошает абсорбционную секцию.

Способ реализуется в устройстве, которое изображено на чертеже.

Устройство содержит зону обработки, состоящую из участка газохода 1, в котором размещены труба с перфорированным насадком 2, подъемная труба эрлифта 3, теплообменная секция 4, абсорбционная секция 5, расположенную над зоной обработки на потолке газохода десорбционно-распределительную секцию 6, в которой размещены устроенные в потолке газохода 1 распределительная решетка 7, порог 8, входное отверстие трубы с перфорированным насадком 2, устье подъемной трубы эрлифта 3, размещенные в днище газохода 1 штуцер 9, гидрозатвор 10, соединяющий днище газохода 1 с корпусом эрлифта 11, в котором помещены подъемная труба 3 со смесителем 12 и воздухопроводом 13, проходящая через газоход 1 и выходящая своим устьем в десорбционно-распределительную секцию 6.

Предлагаемый способ удаления окислов азота и серы из дымовых газов осуществляют в предлагаемом устройстве следующим образом. Дымовые газы, отводимые из котельного агрегата, поступают в зону обработки по газоходу 1, где смешиваются с озоновоздушной смесью, выделившейся из насыщенного рециркуляционного конденсата в десорбционно-распределительной секции 6 и поступающей в газоход 1 за счет более высокого давления в секции 6 по трубе с перфорированном насадком 2, после чего газовую смесь направляют в межтрубное пространство теплообменной секции 4, по трубам которой циркулирует хладоагент (например, питательная вода или дутьевой воздух), где охлаждаются до температуры ниже температуры росы и равной (80-90)^oC, значение которой принято для обеспечения полной конденсации всех водяных паров, находящихся в дымовых газах, и возможности проведения реакции окисления труднорастворимой окиси азота (NO) и двуокись (NO₂), равновесие которой сдвигается вправо при температуре ниже 100^oC, и полностью протекает в сторону образования NO₂ [3, с. 347]; нижний предел охлаждения ограничивается необходимой величиной температурного напора. Наряду с охлаждением в межтрубном пространстве секции 4 происходит межфазный контакт стекающего вниз конденсата с газовой смесью, химическое взаимодействие окислов дымовых газов, озона, кислорода, воды между собой в газовой и жидкой фазах, поглощение образовавшихся двуокиси азота (NO₂) и серного ангидрида (SО₃) конденсатом с образованием азотной и серной кислоты [3, с. 348, 362], причем присутствие озона в газовой смеси многократно увеличивает скорость реакции окисления [4, с. 180]. Образовавшийся свежий конденсат стекает по наружной поверхности труб на днище газохода 1, где смешивается с кислым конденсатом, а охлажденные дымовые газы с озоновоздушной смесью поступают в абсорбционную секцию 5, заполненную насадкой (в качестве которой желательно использовать насадку, имеющую большое живое сечение и малое гидравлическое сопротивление), по поверхности которой через щели распределительной решетки 7 стекает циркуляционный конденсат, насыщенный озоном, кислородом воздуха и кислотными компонентами, который контактирует с газовой смесью с одновременным протеканием процесса абсорбции окислов азота и серы и химических реакций аналогичных реакциям, проходящим в межтрубном пространстве теплообменной секции 4 с образованием азотной и серной кислот, но с более высокой скоростью, обусловленной большей поверхностью массопередачи, высокой плотностью орошения, проведением реакций окисления в основном в жидкой фазе, что значительно увеличивает ее скорость, и наличием в конденсате растворенных озона и кислот, которые являются катализаторами процесса окислов азота и серы [5, с. 10, 14], в результате чего из дымовых газов удаляется значительная часть окислов азота и серы, а очищенные дымовые газы отводят из зоны обработки по газоходу 1 в дымовую трубу и далее в атмосферу; образовавшийся кислый конденсат, представляющий собой смесь разбавленной азотной и серной кислот, стекает на днище абсорбционной секции 5, где часть его, равная количеству водяных паров в дымовых газах, выводят из зоны обработки через штуцер 9, а большая часть смешивается со свежим конденсатом и через гидрозатвор 10, высота которого h_r определяется давлением над поверхностью конденсата в корпусе эрлифта 11 и который служит для предотвращения прорыва воздуха из корпуса эрлифта 11 в абсорбционную секцию 5, поступает в корпус эрлифта 11, куда также по воздуховоду 13 подают озоновоздушную смесь, которая, проходя через отверстия смесителя 12, смешивается с кислым конденсатом, образуя газожидкостную эмульсию с развитой межфазной поверхностью, что обеспечивает высокую скорость массообмена между газовой и жидкой фазами и соответственно интенсивное поглощение озона и кислорода конденсатом [6, с. 483], высокую скорость химического взаимодействия между компонентами смеси; образовавшаяся газожидкостная эмульсия за счет малого удельного веса поднимается вверх по подъемной трубе эрлифта 3 [7, с. 8], высота которой (H-h) определяется высотой газохода 1, изливается из устья трубы 3 в десорбционно-распределительную секцию 6, где из нее частично десорбируются воздух и озон, которые через трубу с перфорированным насадком 2 за счет своего более высокого давления поступают в газоход 1 и смешиваются с дымовыми газами, а оставшийся насыщенный рециркуляционный конденсат самотеком поступает на распределительную решетку 7 (площадь живого сечения которой выбирают такой, чтобы слой конденсата на решетке 7 создавал гидравлическое сопротивление, достаточное для предотвращения проскока озоновоздушной смеси через ее щели) и далее на насадку абсорбционной секции 5, после чего процесс повторяют. Кратность циркуляции конденсата определяется количеством водяных паров в дымовых газах и расходом абсорбента (конденсата), необходимым для поглощения окислителя (озона и кислорода), достаточного для полного окисления окислов азота и окислов серы.

В свою очередь расход воздуха на проведение процесса определяется расходом окислителя и равен 2-3% от расхода дымовых газов.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство обеспечивают значительное повышение эффективности и экологической безопасности процесса очистки дымовых газов от окислов азота и окислов серы с одновременной утилизацией тепла.

Использованная литература

1. Заявка Франции N 2592812, Мкл.⁴ B 01 D 53/34, 1986.

2. Патент США N 4753784, Мкл.⁴ B 01 D 53/34, 1986.

3. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. - М.: Высшая школа, 1985, 448 с.

4. Кондратьев В.И. Химические процессы в газах. - М.: Наука, 1981, 263 с.

5. Кузнецов И.С. Новые методы очистки газов от окислов азота. - К.: Укр НИНТИ, 1971, 45 с.

6. Кафаров В.В. Основы массопередачи. - М.: Высшая школа, 1972, 493 с.

7. Порало Л.В. Воздушно-газовые подъемники жидкости. - М.: Машиностроение, 1969, 160 с.