аппарат для очистки газов

Формула изобретения

1. Аппарат для очистки газов, состоящий из цилиндрического корпуса, входного и выходного патрубков, каплеуловителя, гидрозатвора, лопаточного завихрителя и отражателя, отличающийся тем, что внутри корпуса размещена камера, образующая с корпусом, лопаточным завихрителем и отражателем кольцевой канал, внутри которого имеются тангенциально установленные напорные сопла, с помощью которых давление жидкости орошения преобразуется в движение газожидкостной смеси, и заданное количество гранулированного катализатора жидкофазного окисления.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что объем зернистого каталитического слоя составляет 0,4-0,6 геометрического объема кольцевого канала.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что лопатки завихрителя устанавливаются под углом 10-25 и с шириной межлопаточных каналов меньше диаметра зерен катализатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для очистки газовых выбросов и может быть использовано в теплоэнергетике, металлургической промышленности, для обезвреживания дымовых газов, образующихся при сжигании отходов, и в большинстве других случаев, когда необходима защита окружающей среды от золы, пыли и вредных веществ, содержащихся в газовых выбросах.

Известен аппарат [1] для очистки газа от вредных газообразных компонентов с использованием адсорбции и каталитического окисления. Извлечение пыли происходит в слое зернистой каталитической насадки, где происходят процессы адсорбции и окисления. Вся уловленная зола накапливается и удерживается в этом слое. Эффективность каталитического окисления вызывает сомнение, так как поверхность гранул и каналы в зернистом слое быстро закрываются уловленной золой. Растет гидравлическое сопротивление зернистого слоя, и для поддержания работоспособности аппарата необходимо дополнительно оснащать его громоздкой сложной системой для очистки, и круговорота гранулированной каталитической насадки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигнутому результату является устройство для очистки газов [2], состоящее из цилиндрического корпуса с входным и выходным газоходом, аэродинамической нишей, в которой расположен завихритель, создающий вихрь вдоль вертикальной оси корпуса. Вода орошения подается на лопатки завихрителя посредством тарелки, заполненной водой, с прорезями по краям. В верхней части ниши установлен кольцевой отражающий карниз, над которым располагаются плоскофакельные сопла для подпитки тарелки водой. На выходе из аппарата установлен уголковый жалюзийный каплеуловитель шатрового типа. Внизу аэродинамической ниши расположена кольцевая ванна для частичного сбора пульпы, которая с помощью эрлифта в режиме рециркуляции может подаваться в водораспределительную тарелку.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность улавливания диоксида серы и неудовлетворительная фиксация уловленного. Поглощение SO₂ из потока дымового газа производится золой и водой орошения. Продуктами взаимодействия SO₂ с золой являются сульфиты. Некоторые из них могут претерпевать обратные превращения с выделением SO₂ в атмосферу, например, в условиях золоотвала. С водой SO₂ образует нестойкий раствор, и как только отработанная вода приходит в контакт с окружающей атмосферой, сразу начинается процесс десорбции SO₂.

Предотвратить нежелательные вторичные процессы можно окислением неустойчивых сульфитов в сульфаты, что можно осуществить применением жидкофазного окисления с помощью гетерогенных катализаторов. Однако в данном аппарате это не представляется возможным ввиду его конструктивных особенностей, и этим возможности данного устройства по окислению образовавшегося субстрата исчерпаны.

При запыленности газа 40 г/нм³ и расходе воды для орошения 0,15 дм³/нм³, пульпа, вытекающая в противотоке по межпланетным каналам завихрителя, содержит около 260-270 г твердой фазы на 1 дм³ жидкости. Это предельное содержание твердой фазы: стандарт 250 г/дм³ [3]. Для того чтобы в противотоке гидравлическое сопротивление аппарата не превышало 150 мм вод. ст. (1500 Па), межлопаточные канаты завихрителя должны быть достаточно широкими (не менее 70 мм), а лопатки должны быть установлены под углом не менее 30^o к плоскости завихрителя.

Для повышения эффективности очистки газовых выбросов от золы (пыли), оксидов серы и оксидов азота внутри корпуса размещена камера, образующая с корпусом, лопаточным завихрителем и отражателем кольцевой канал, внутри которого имеются тангенциально установленные напорные сопла, с помощью которых давление жидкости орошения преобразуется в движение газожидкостной смеси в кольцевом канале, и в кольцевой канал загружается заданное количество гранулированного катализатора жидкофазного окисления, причем объем зернистого каталитического слоя составляет 0,4-0,6 геометрического объема кольцевого канала.

Использование катализатора жидкофазного окисления обеспечивает необходимую степень очистки газового потока от токсичных компонентов. Для этого, чтобы в динамике и в статических условиях гранулированный катализатор удерживался в кольцевом канале, лопатки завихрителя устанавливаются под углом 10-25^o с зазором межлопаточных каналов меньше диаметра зерен катализатора. Одновременно указанный угол установки лопаток и их геометрическая форма резко уменьшают износ гранул катализатора.

На фиг.1 представлен предлагаемый аппарат. Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, входного патрубка 2, выходного патрубка 3, каплеуловителя 4, камеры 5, отражателя 6, лопаточного завихрителя 7, напорных сопел 8, коллектора 9, гидрозатвора 10. Внутри камеры 5 установлена сливная труба 11. В корпусе камеры имеется система отверстий 12 для слива пульпы, и заканчивается камера патрубком 13, из которого жидкость орошения может отбираться на рециркуляцию. На фиг.2 представлен вид сверху двухвенечного лопаточного канала, образованного между корпусом 1 и камерой 5. Здесь же представлены тангенциально установленные напорные сопла 8.

Аппарат работает следующим образом. Поток очищаемого запыленного газа через входной патрубок 2 входит тангенциально в аппарат 1 и, закручиваясь вокруг нижней части камеры 5, входит в межлопаточные каналы завихрителя 7. Угол подъема спирального движения газового потока рассчитывается таким образом, чтобы вход потока в межлопаточные каналы совершался с минимальным поворотом струй. Через напорные сопла 8, сверху над лопатками завихрителя 7, подается вода орошения в виде высокоскоростных струй жидкости. При этом направление закрутки газового потока лопатками завихрителя совпадает с направлением струй жидкости из напорных сопел, что обеспечивает высокую скорость вращения газожидкостного потока в кольцевом канале.

С помощью отражателя в кольцевом лопаточном канале образуется быстро вращающийся торроидальный газожидкостный ток со спиральным движением, достаточно большого объема. Предварительно в лопаточный канал загружается рассчитанное количество гранулированного катализатора жидкофазного окисления. В установившемся режиме центральная часть торроидального потока заполнена пеной, дальше, под действием центробежных сил, располагается слой жидкости с гранулами катализатора, и на периферии в слое жидкости концентрируется уловленная зола. Данная структура потока обеспечивает максимальный массообмен и эффективное пылеулавливание, а также позволяет обеспечить заданное время контакта газ-катализатор для окисления растворенного SO₂ и сульфитов в сульфаты, серную кислоту и азотную кислоту, образующуюся из высших оксидов азота.

Образующиеся кислоты здесь же нейтрализуются щелочными компонентами золы и выводятся из кольцевого канала, как только внешний, с максимальным содержанием золы, слой достигнет уровня сливных отверстий 12 в камере 5. Далее пульпа через гидрозатвор 10 выводится в систему гидрозолоудаления (ГЗУ). При отсутствии системы ГЗУ пульпа через сливную трубу 11 и патрубок 13 может быть направлена в отстойник с повторным использованием осветленной жидкости для орошения. Это особенно удобно, если уловленная пыль является ценным продуктом, подлежащим утилизации.

Очищенные газы выходят через зазор между камерой 5 и кольцевым направляющим аппаратом 6, проходят каплеуловитель 4 и далее через выходной патрубок 3 направляются к дымососу и далее в дымовую трубу.

В отличие от прототипа, скорость газа в межлопаточных каналах завихрителя исключает возможность противоточного движения пульпы. Используется практически "сухое" движение пылегазовых струй в межлопаточных каналах с выносом всей золы потока внутрь торроидального вращающегося потока. Это позволяет ввести в состав газожидкостного тора гранулированный катализатор. Если бы гранулированный катализатор был введен в аппарат, предлагаемый прототипом, с вращающимся потоком с полнопоточным протеканием пульпы через межлопаточные каналы, то гранулы катализатора либо были вынесены из аппарата, либо межлопаточные каналы были бы перекрыты при размерах гранул катализатора, превышающих лопаточный зазор, и аппарат перестал бы функционировать. Одновременно, такая организация процесса позволяет установить лопатки завихрителя под малыми углами (10-25^o) к плоскости завихрителя. Это приводит к уменьшению гидравлического сопротивления аппарата за счет преобразования динамического напора струй жидкости в статический напор. С другой стороны, наклонные лопатки завихрителя сводят к минимуму их контакт с вращающимися гранулами катализатора и уменьшают его механический износ.

Обычно ширина межлопаточных каналов и размер сливных отверстий в камере 5 выполняется меньшим, чем диаметр зерен катализатора. Таким образом, при остановках агрегата катализатор остается в лопаточном канале, и аппарат всегда готов к новому запуску.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 874138, кл. В 01 D 53/04, 1981.

2. Патент РФ 2132220, С 16 В 01 D 47/04, 1999.

3. Справочник по пыле- и золоулавливанию. - Под общ. редакцией Русанова А.А. - М.: Энергия, 1976. - 296 с.