установка для очистки дымовых газов

Формула изобретения

1. Установка для очистки дымовых газов после сжигания бытовых и промышленных отходов, включающая теплообменник, камеру очистки от твердой фракции, соединенную через дымосос со скруббером, в верхней части которого расположены форсунки для орошения газа, а также фильтрующее устройство и дымосос, связанный с выхлопной трубой, отличающаяся тем, что она снабжена распылителем дымового газа в виде изогнутой вверх трубы, введенной из дымососа в скруббер с днищем в виде сливного патрубка, дымовой камерой, в днище которой вставлена сливная воронка, и сборником жидкого шлама, выполненным с наклонным днищем и охватывающим введенные в него сливной патрубок скруббера и хвостовую часть воронки, причем теплообменник выполнен в виде газовых труб, омываемых водой; на участке распылителя до входа в скруббер установлено приспособление для подачи в его полость адсорбента преимущественно в виде порошка, а изогнутый участок распылителя выполнен с перфорацией; скруббер имеет рубашку для подогрева его внутренней стенки и смеситель горячей и холодной воды, снабженный регуляторами создания требуемой температуры и расхода воды, подаваемой на его форсунки; в верхней части скруббера установлен отводной газовод в виде изогнутого вниз сужающегося патрубка, входящего в полость дымовой камеры; выхлопная труба, установленная на дымовой камере, через сопла и кольцевую фурму соединена с вентилятором нагнетания атмосферного воздуха, образуя дымосос, а фильтрующее устройство выполнено в виде гибкого фильтра, имеющего форму конуса, который расположен в дымовой камере и закреплен широкой своей частью на сливной воронке, а узкой - на наружной поверхности патрубка газовода; введенные на требуемую глубину в сборник жидкого шлама сливной патрубок скруббера и хвостовая часть воронки образуют жидкостный затвор при наличии в нем разгрузочной заслонки.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что скруббер снабжен наружным кожухом, укрепленным на его рубашке, с образованием между ними полости.

3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что гибкий фильтр выполнен матерчатым, например, из тканой материи.

4. Установка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что форсунки установлены в кольцевом коллекторе через монтажные лючки в верхней части скруббера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов методом их сжигания, в частности к устройствам для очистки дымовых газов с использованием адсорбентов.

После сжигания отходов в дымовых газах содержится большое количество вредных веществ, загрязняющих окружающую среду при их выбросе в атмосферу. К ним относятся соединения, содержащие серу, азот, хлор, фтор, ртуть и другие. Наиболее эффективным методом очистки дымовых газов от этих элементов является введение в их поток адсорбентов, реагирующих с вредными примесями с образованием шлама. В качестве адсорбента чаще всего используются соединения кальция как наиболее эффективного и распространенного в природе средства. Вводят его в виде окиси или известняка, содержащего СаСО₃. Например, в авт. свид. СССР 1711658 известняк вводят непосредственно в печь для сжигания, где он прокаливается, а затем вместе с дымовым газом попадает в устройство орошения водой для очистки газа от вредных элементов.

Данная методика введения адсорбента неприемлема в системах очистки газов, где применяется циклонная камера для удаления твердой фракции, поскольку вместе с ней будет удаляться непрореагированный адсорбент.

В авт. свид. СССР 1783989 известняк предварительно обжигают, а затем вводят в дымовой газ. Однако предварительный обжиг адсорбента значительно усложняет процесс очистки газа, делает его энергоемким, поскольку требует применения дополнительного оборудования.

В патенте РФ 2019275 адсорбент используют в насадке, выполненной из СаСО₃, через которую пропускают дымовой газ при температуре 400 - 450^oС. Однако использование насадок неприемлемо при пропускании через них большого количества газа в единицу времени.

В патентах РФ 2027453, 2063263, 2104757 и 2124932 описаны устройства очистки дымовых газов мокрого типа, в которых адсорбент смешивают с водой и полученной суспензией орошают дымовой газ. В таких устройствах степень отделения, например, сернистого газа очень высока. Однако процесс такой очистки является сложным, так как требует дополнительных сложных приспособлений для приготовления и подачи суспензии, кроме того, охлажденный дымовой газ может вызвать коррозию и засорение фильтров, а также быстрый выход из строя форсунок распыла суспензий.

Анализ указанных выше технических решений показал, что ни одно из них не решает проблему очистки образованных в результате сжигания бытовых и промышленных отходов дымовых газов, имеющих высокое содержание вредных примесей и большой расход при поступлении в очистительные сооружения.

Конструкция для очистки дымовых газов, образованных при сжигании бытовых и промышленных отходов, описана в патенте РФ 2062949. В нем представлен весь цикл их переработки, включая загрузку, сжигание в печи, очистку образованного дымового газа и его удаление через выхлопную трубу. Конструкция выполнена в виде установки, включающей теплообменник на выходе из печи, выполненный в виде радиоционной камеры с трубами для охлаждения, расположенными на наружной ее поверхности; камеру с тангенциальным подводом в нее газа, где обеспечивается за счет циклонного эффекта выпадение из него грубой твердой фракции; соединенный с камерой сухой электрофильтр для дальнейшей очистки от мелкой пыли, связанный через дымосос со скруббером, в котором расположены в верхней его части форсунки для орошения газа оборотным раствором и частичного улавливания из него твердых и газообразных примесей; трубу Вентури, где улавливается капельная влага с примесями; мокрый электрофильтр, в котором происходит очистка газа от особо токсичных примесей, соединенный с хвостовым дымососом, предназначенным для ускорения прохождения очищенного газа в дымовую трубу.

Описанная выше установка для очистки дымовых газов представляет собой сложную конструкцию агрегатов, требующих больших энергетических затрат, в особенности электрофильтры. Кроме того, она не позволяет обезвредить дымовые газы от таких вредных примесей, как диоксины, поскольку ее теплообменник, выполненный с трубами на наружной поверхности, не позволяет достаточно резко снизить температуру газа, чтобы предотвратить повторное их образование, а введение в форсунки скруббера для орошения газа оборотного раствора, а не чистой воды может привести к их засорению и тем самым сократить ресурс работы всей системы.

Задача изобретения - создание такой установки для очистки дымовых газов, полученных после сжигания отходов, которая позволила бы упростить конструкцию за счет компактности и меньшей энергоемкости, повысить степень очистки газов от токсичных примесей при введении в них адсорбента, а также значительно увеличить ресурс работы всей установки.

Задача решена за счет того, что установка, включающая теплообменник, камеру очистки от твердой фракции, соединенную через дымосос со скруббером, содержащим форсунки для орошения газа, фильтрующее устройство и дымосос, связанный с выхлопной трубой, дополнительно снабжена распылителем дымового газа в виде изогнутой вверх трубы, введенной из дымососа в скруббер с днищем в виде сливного патрубка; дымовой камерой, в днище которой вставлена сливная воронка, и сборником шлама, выполненным с наклонным днищем и охватывающим введенные в него патрубок скруббера и хвостовую часть воронки, причем теплообменник выполнен в виде газовых труб, омываемых водой; на участке распылителя до входа в скруббер установлено приспособление для подачи в его полость адсорбента преимущественно в виде порошка, а изогнутый участок распылителя выполнен с перфорацией; скруббер имеет рубашку для подогрева его внутренней стенки и смеситель горячей и холодной воды, снабженный регуляторами создания требуемой температуры и расхода воды, подаваемой на форсунки скруббера; в верхней его части установлен отводной газовод в виде изогнутого вниз сужающегося патрубка, входящего в полость дымовой камеры; выхлопная труба, установленная на дымовой камере, через сопла и фурму соединена с вентилятором нагнетания атмосферного воздуха, образуя дымосос, а фильтрующее устройство выполнено в виде гибкого фильтра, имеющего форму конуса, который расположен в дымовой камере и закреплен широкой своей частью на сливной воронке, а узкой - на наружной поверхности патрубка газовода; введенные в сборник шлама сливной патрубок скруббера и хвостовая часть воронки на требуемую глубину образуют жидкостной затвор при наличии в нем разгрузочной заслонки.

Дополнительно скруббер снабжен наружным кожухом, укрепленным на его рубашке с образованием воздушного пространства.

Гибкий фильтр выполнен матерчатым, например из тканой материи.

Форсунки установлены в кольцевом коллекторе через монтажные лючки в верхней части скруббера.

Технический результат - повышение степени очистки дымовых газов от вредных примесей, включая диоксины, соединения серы, азота, хлора, фтора, за счет интенсификации взаимодействия этих примесей с водой и адсорбентом, а также упрощение конструкции установки, ее обслуживания, увеличение ресурса работы и снижение энергозатрат.

На чертеже изображена схема установки для очистки дымовых газов, образованных после сжигания бытовых и промышленных отходов.

Установка включает в себя теплообменник 1, выполненный в виде газовых труб, омываемых водой, и связанный с печью 2 для сжигания отходов. Обе конструкции соединены с системой 3 их охлаждения холодной водой. Газовый коллектор 4 теплообменника 1 соединен с камерой 5 циклонного типа для очистки газа от грубой твердой фракции, донная часть которой сообщена со сборником 7 этой фракции. Камера 5 соединена трубопроводом 8 со входом дымососа 9, а его выход связан с приспособлением 10 подачи адсорбента в полость распылителя 11. Распылитель 11, выполненный в виде изогнутой вверх трубы с перфорацией 12, введен в скруббер 13. Последний имеет рубашку 14 для обогрева его внутренней стенки проточной горячей водой и смеситель 15, снабженный регуляторами 16 температуры и расхода воды, подаваемой на форсунки 17. Последние установлены в кольцевом коллекторе 18 через монтажные лючки 19 в верхней части скруббера 13, который соединен посредством отводного газовода 20 с полостью дымовой камеры 21. Газовод 20 выполнен в виде изогнутого вниз сужающегося патрубка и снабжен рубашкой 22 подогрева. Выхлопная труба 23 установлена на дымовой камере 21 и выполнена с кольцевой фурмой 24 и наклонными соплами 25, причем фурма 24 соединена с вентилятором 26 нагнетания атмосферного воздуха. Соединенные между собой вентилятор 26, фурма 24 и сопла 25 образуют дымосос для введения в выхлопную трубу 23 воздуха. Вход вентилятора 26 соединен с полостью, образуемой наружным кожухом 27, который укреплен на рубашке 14 скруббера и предназначен для подогрева атмосферного воздуха, поступающего через вентилятор 26 в фурму 24 выхлопной трубы 23. Внутри дымовой камеры 21 расположен гибкий фильтр 28 в форме конуса преимущественно из тканой материи, закрепленный своей широкой частью на сливной воронке 29, а узкой - на наружной поверхности газовода 20. В сборник 31 жидкого шлама, днище которого выполнено наклонным, введены сливной патрубок 30 скруббера 13 и хвостовая часть воронки 29 на глубину жидкого шлама, обеспечивающую создание в этом сборнике жидкостного затвора. Последний снабжен разгрузочной заслонкой 32, предназначенной для выгрузки шлама и поддержания в нем требуемого уровня.

Предложенная установка работает следующим образом.

В процессе сжигания отходов в печи 2 дымовой газ при температуре до 1500^oС поступает в теплообменник 1, где, проходя по трубам, омываемым водой, резко охлаждается до температуры 100-150^oС, что предотвращает регенерацию в нем вредных диоксинов. Холодная вода для охлаждения печи 2 и теплообменника 1 поступает от насосной системы 3. Далее газ по коллектору 4 тангенциально вводится в камеру 5 циклонного типа, где происходит отделение от него грубой твердой фракции, которая периодически выгружается через донную часть 6 в сборник 7 и возвращается в печь 2 для дожигания. Затем газ по трубопроводу 8 втягивается в дымосос 9 и нагнетается в приспособление 10, где смешивается в заданной пропорции с порошкообразным адсорбентом, преимущественно известью, подаваемым в это приспособление, например, эжекционным способом. Смесь газа с адсорбентом поступает в распылитель 11 и входит по изогнутой вверх его трубе, имеющей перфорацию 12, в центральную часть скруббера 13. Газ с адсорбентом, выходя из отверстий в виде мелких струй, встречает на своем пути в верхней части скруббера 13 распыленную форсунками 17 водяную завесу. Предварительно к форсункам подводят воду (чистую), например, от теплообменника 1 через смеситель 15. Температура этой воды регулируется для обеспечения реакции газа с водой при температуре, близкой к точке росы дымового газа (около 60^oС). Она достигается в результате смешения горячей и холодной воды в смесителе 15 с помощью регуляторов 16. Под воздействием распыленной воды, имеющей требуемую температуру, происходит активизация реакции взаимодействия содержащихся в газе вредных примесей с адсорбентом, с последующим выпадением в осадок продуктов реакций через сливной патрубок 30 в сборник 31 жидкого шлама. Для предотвращения налипания образованного шлама на внутренние стенки скруббера 13 они подогреваются горячей проточной водой, поступающей в его рубашку 14 по трубопроводу 33, например, от теплообменника 1. Для облегчения обслуживания форсунок 17 на их коллекторе 18 расположены монтажные лючки 19.

Очищенный газ по сужающемуся книзу патрубку газовода 20 с увеличенной скоростью поступает в дымовую камеру 21. Налипание частичек шлама из газа на стенки этого патрубка исключается за счет постоянного их подогрева проточной горячей водой через рубашку 22. Попадая из газовода 20 в центральную часть камеры 21, газ ускоряется и меняет направление своего движения на противоположное, что приводит к отделению каплеобразных частиц и выпадение их через хвостовую часть воронки 29 в сборник 31 жидкого шлама. Изменение направления потока газа происходит за счет перепада давления под действием его скоростного напора на выходе из сужающегося книзу патрубка газовода 20 и подсасывающего эффекта, создаваемого дымососом, состоящим из воздушного вентилятора 26, наклонных сопел 25, расположенных по периферии выхлопной трубы 23, и фурмы 24. Работа указанного дымососа без сбоев возможна только при засасывании вентилятором 26 атмосферного воздуха с температурой выше нуля. При отрицательных температурах за счет поступления холодного воздуха в выхлопную трубу 23 возможно обледенение внутренней поверхности и остановка ее функционирования. Для предотвращения указанного обстоятельства предусмотрена непрерывная подача подогретого атмосферного воздуха в дымосос из полости под наружным кожухом 27, закрепленным на рубашке 14 скруббера 13.

Дымовой газ, изменив свое направление, продавливается сквозь стенки матерчатого фильтра 28, где происходит его очищение от мелкой пыли. Этот фильтр благодаря своей конусообразной форме и колебаниям под действием скоростного потока газа из сужающегося патрубка газовода 20 непрерывно самоочищается, стряхивая частички вниз в воронку 29 и далее в сборник 31 жидкого шлама. Затем газ попадает в периферийную часть дымовой камеры 21, откуда удаляется потоком воздуха из вентилятора 26 в выхлопную трубу 23. Накопленный в сборнике 31 шлам в виде суспензии периодически удаляется самотеком из него в сторону наклонного днища через зазор между заслонкой 32 и днищем сборника 31. Поскольку сливной патрубок 30 и хвостовая часть воронки 29 введены в сборник 31 на глубину, исключающую прорыв газа из них, заслонка, 32 выполняет функцию регулятора высоты жидкого шлама. Выгруженный из сборника 31 жидкий шлам направляется на сушку в спец. устройство, которое обогревается горячей водой, поступающей от теплообменника 1 и печи 2. Полученный сухой шлам направляется на дальнейшую переработку.

При использовании предложенной конструкции установки для очистки от дымовых газов достигается возможность значительно снизить его загрязненность при попадании в атмосферу.

Это достигается за счет обеспечения резкого охлаждения газа в трубчатом теплообменнике для предотвращения регенерации вредных диоксинов, а также за счет протекания реакций взаимодействия адсорбента с вредными примесями газа при его температуре, близкой к точке росы, поскольку при ней в реакциях с окисью серы, азота и соединениями хлора и фтора вступает максимальное количество адсорбента - извести, приводящее к его наименьшей потребности при использовании в установке. Кроме того, за счет нагнетания атмосферного воздуха в выхлопную трубу газ выходит в окружающую среду разбавленным, с минимальным количеством непрореагированных примесей.

Степень очистки газа повышается также и за счет выпадания из него значительного количества частичек в жидкий шлам при резком повороте направления газа из сужающегося патрубка газовода в дымовой камере и использования колеблющегося гибкого фильтра, с которого частички непрерывно ссыпаются при его встряхивании.

За счет подогрева стенок скруббера и газовода обеспечивается предотвращение налипания на них частичек продуктов реакций, что увеличивает ресурс работы установки. Использование в качестве распыляемой жидкости чистой воды исключает забивание форсунок загрязнениями оборотных растворов и возможность выхода из строя всей установки.

Использование жидкостного затвора в сборнике жидкого шлама позволяет производить непрерывное удаление его самотеком по наклонному днищу этого сборника через зазор между ним и заслонкой, что упрощает эксплуатацию и повышает длительность работы установки. Достижение эффекта самоочищения поверхностей гибкого матерчатого фильтра позволяет также увеличить время функционирования предложенной установки.

Конструкция заявленной установки компактна, удобна в обслуживании и исключает применение громоздкого и энергоемкого оборудования.