Пенный аппарат с генератором турбулентности для мокрой газоочистки
Полезная модель относится к контактным сепарационным и массообменным аппаратам для мокрой газоочистки дымовых, отходящих и промышленных газов, в частности, отходящих и дымовых газов топливосжигающих электростанций, а также химических, металлургических и других предприятий, с получением побочного товарного продукта в виде гипса или сульфата аммония. Аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с патрубком 2 для подвода очищаемого газа, патрубками 3.1, 3.2, 3.3 для подвода поглотительной среды - очищающего абсорбента и расположенным в верхней части корпуса 1 патрубком 4 отвода очищенного газа. В средней части корпуса 1 последовательно установлена система жидкостных форсунок 5.1, 5.2 а также установлены последовательно одна под другой две барботажные провальные тарелки (БПТ) 6, 7, каждая из которых имеет круглые отверстия 8.1. При этом, верхняя и нижерасположенная БПТ периферийной окружностью соединены с коническим перфорированным пеногасителем, а внутренней с расширительной частью генератора турбулентности 10, имеющего выступ над верхней БПТ. В нижней части корпуса 1 предусмотрен сборник 12 взаимодействующих сред, соединенный линией 14, 18 принудительной циркуляции с системой жидкостных форсунок. Аппарат содержит также средство получения в процессе очистки газа товарного продукта, действие которого выражается подведением через патрубок 3.4 и сопла 5.3 окислителя - кислорода воздуха или других газообразных реагентов в сборник 12, выполняющий функции смесительной емкости поглощенных абсорбентом нежелательных газообразных соединений с добавкой необходимых реагентов и накопительной емкости сбора товарного продукта. Внутри корпуса 1 снизу вверх в направлении движения очищаемого газа установлен генератор турбулентности в виде струйного аппарата, напорные форсунки 17.2 которого подключены через центробежный насос к линиям подачи 14, 18, 19 поглотительной рабочей среды и чистого абсорбента поглотительной среды. Достигаемым техническим результатом полезной модели является повышение эффективности мокрой газоочистки без существенного увеличения гидравлического сопротивления газового тракта и увеличения нагрузки на штатный дымосос, а также обеспечение возможности работы аппарата в широком диапазоне нагрузок по очищаемому газу, упрощение конструкции аппарата в части получения товарного продукта. 1 нез., 6 зав. пп. ф-лы, 1 ил.
Область техники
Полезная модель относится к контактным аппаратам для мокрого улавливания твердых частиц и сопутствующих им вредных токсичных газовых компонентов с использованием в качестве поглотительного агента воды, растворов или суспензий химических веществ - абсорбентов и может найти применение в сепарационных и тепломассообменных процессах, как в промышленности, так и в энергетике при очистке отходящих и дымовых газов.
Уровень техники
В настоящее время мокрая очистка отходящих, дымовых и промышленных газов от вредных или ненужных примесей, в том числе от многочисленных сернистых соединений, производится в основном в абсорбционных аппаратах с различными типами контактных устройств, работающих при различных скоростях движения контактирующих потоков, в том числе и в пенном режиме. Известен аппарат с трубой Вентури для мокрой сероочистки газов с получением побочного товарного продукта, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубком для подвода очищаемого газа, двумя патрубками подвода очищающей жидкости-абсорбента, расположенным в верхней части корпуса патрубком отвода очищенного газа и установленной в его средней части по меньшей мере одной системой жидкостных форсунок с расположенной под ними барботажной провальной тарелкой (БПТ), причем в нижней части корпуса предусмотрен сборник жидкой фазы взаимодействующих сред, соединенный линией принудительной циркуляции с указанной системой жидкостных форсунок, а также средство получения в процессе очистки газа побочного товарного продукта путем окисления поглощенных абсорбентом сернистых соединений с добавкой необходимых реагентов, содержащее смесительную емкость с линиями подвода к ней окислителя, реагентов и отвода раствора указанного побочного продукта, сборник жидкой фазы взаимодействующих сред дополнительно выполняет функцию смесительной емкости для производства побочного товарного продукта (патент RU 126958, МПК B01D 53/00).
К недостаткам данного аналога можно отнести недостаточную интенсивность перемешивания газовой фазы по высоте сборника жидкой фазы, что снижает степень превращения при окислении рабочей жидкости в побочный товарный продукт, невозможность подачи чистого абсорбента через инжектор в конфузор генератора турбулентности (ГТ), присутствие которого увеличивает движущую силу массобмена в жидкой фазе, невозможностью организации режима движения газового потока близкого к режиму полного вытеснения по высоте абсорбционной части аппарата в зоне орошения и провальных тарелок, что не обеспечивает высокой средней движущей силы в газовой фазе по высоте массообменного аппарата.
Раскрытие полезной модели
Достигаемым техническим результатом полезной модели является повышение эффективности мокрой газоочистки без существенного увеличения гидравлического сопротивления газового тракта и увеличения нагрузки на штатный дымосос за счет многократной инверсии фаз в различных зонах аппарата при массопередаче, а также обеспечение возможности работы аппарата в широком диапазоне нагрузок по очищаемому газу в области скоростей достижения пенного режима.
Указанный основной технический результат обеспечивается тем, что в аппарате для мокрой абсорбционной пенной очистки отходящих, дымовых и промышленных газов, содержащем корпус с патрубками для ввода и вывода очищаемого газа, подаваемого в аппарат со скоростью, обеспечивающей ледообразование, систему подвода поглотительной среды (ПС) на орошение и патрубок вывода побочного продукта, заполняющего нижнюю часть корпуса, выполняющую функцию смесительного сборника, до заданного допустимого уровня, по меньшей мере, одну расположенную внутри корпуса БПТ, установленную на пути движения ПС, и расположенный в верхней части корпуса каплеуловитель согласно полезной модели в нижней части корпуса над смесительным сборником дополнительно установлена переливная барботажная тарелка, на которой установлен ГТ в виде струйного аппарата, основание входного конуса ГТ расположено на уровне установленной в корпусе нижней по ходу движения очищаемого газа переливной барботажной тарелки и выше допустимого нижнего уровня жидкости в указанном сборнике, напорная форсунка ГТ подключена через центробежный насос к линии ПС, в нижней части основания ГТ имеются проемы для прохода ПС, в нижней части корпуса в зоне расположения смесительного сборника установлены сопла для перемешивания ПС подаваемым через них реакционным газом, верхняя и нижерасположенная БПТ имеют форму корзины с плоским основанием и боковой поверхностью в виде усеченного конуса, примыкающего к основанию корзины своим нижним основанием, а верхним - к корпусу, а вся боковая поверхность корзины барботажных провальных тарелок перфорирована круглыми отверстиями.
Пенный режим в аппарате обеспечивается за счет заданных скоростей газа, либо посредством добавления в абсорбент ПС поверхностно-активных веществ. В качестве гасителя пены предусмотрен перфорированный кольцевой конический выступ, примыкающий к внутренней поверхности корпуса и расположенный над форсунками орошения, также выполняющими дополнительную функцию пеногасителей. Верхняя БПТ вмонтирована периферией наружного кольца во внутреннее кольцевое пространство другого расположенного выше пеногасителя конической формы и составляет с ним единое контактное устройство в виде корзины, а периферией внутреннего кольца примыкает к наружной поверхности ГТ, имеющего выступ над ней. Сборник жидкой фазы взаимодействующих сред дополнительно может выполнять функцию смесительной емкости для производства товарного продукта. В верхней части корпуса над форсунками может быть установлен каплеуловитель.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками полезной модели и достигаемым основным техническим результатом связана с тем, что установка внутри корпуса снизу вверх в направлении движения газового потока ГТ напорного сопла, подключенного через центробежный насос к линии подачи ПС позволяет повысить эффективность очистки газов за счет введения дополнительной тепломассообменной ступени очистки с инверсией взаимодействующих фаз. Вместе с тем, введение этой ступени очистки не увеличивает нагрузку на штатный дымосос, так как для очистки в этой ступени отбирается только часть очищаемого газового потока, а необходимый напор газожидкостной смеси в ГТ создается с жидкостной форсункой.
Выполнение сборником взаимодействующих сред дополнительно функции смесительной емкости с внутренними барботирующими устройствами в виде сопел газовых форсунок обеспечивает упрощение конструкции и снижение энергопотребления аппарата из-за отсутствия механических перемешивающих устройств.
Краткое описание чертежа
На чертеже схематически изображен в продольном разрезе пенный аппарат с ГТ для мокрой сероочистки газов согласно полезной модели, там же - поперечный разрез фигуры чертежа по А-А.
Подробное описание полезной модели
Пенный аппарат с ГТ для пылеочистки и мокрой химической газоочистки содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с патрубком 2 для подвода очищаемого газа, патрубками 3.1-3.3 для подвода очищающей ПС, расположенными в верхней цилиндрической части корпуса, патрубком подвода кислорода воздуха и реагентов 3.4, расположенным в нижней конической части сборника, патрубком 4 для отвода очищенного газа. В корпус 1 на разных уровнях последовательно установлены в данном примере системы жидкостных форсунок 5.1, 5.2 с патрубками для подвода к ним чистого абсорбента или рабочего раствора очищающей ПС и дополнительные сопла 5.3 для перемешивания ПС подаваемым через них реакционным газом, также в корпусе установлены две БПТ 6, 7, расположенные под распылительными форсунками жидкости последовательно одна под другой. При этом, верхняя БПТ 6 имеет форму корзины с круглыми отверстиями 8.1 для прохода жидкости и газа, обращенную выпуклостью вниз. Нижерасположенная БПТ 7 имеет аналогичные отверстия и аналогичную БПТ 6 форму. Нижняя барботажная переливная тарелка 7.1 имеет плоскую форму, круглые барботажные отверстия 8.2, переливное устройство 9 в виде закрепленного в корпусе цилиндра, погруженного своим нижним концом в ПС сборника. В центрально расположенном кольцевом вырезе нижней тарелки установлен ГТ газо-жидкостного потока 10 в виде струйного аппарата. В нижней части конического входа ГТ имеются проемы 11 для прохода ПС, представляющие собой треугольные выемки для подсоса из нижней тарелки за счет разрежения. В нижней части корпуса 1 предусмотрен сборник 12 взаимодействующих сред, соединенный через выходной патрубок 13 линией 14 принудительной циркуляции с нижней и верхней системой жидкостных форсунок 5.1, 5.2. Подача поглотительной жидкости в линию 14 осуществляется циркуляционным насосом 15. Аппарат содержит также средство получения в процессе очистки газа товарного побочного продукта включающего сопла 5.3 и сборник 12, выполняющий функцию смесительной емкости, линию 16 подвода окислителя или других газообразных реагентов (в данном примере - воздуха, подаваемого от не показанной на чертеже воздуходувки), линию 16.1 отвода раствора поглотителя или суспензии товарного продукта. Коленчатый патрубок 2 для подвода очищаемого газа расположен в нижней части конической боковой поверхности сборника 12 с выпуском выше допустимого верхнего уровня hв жидкости в сборнике. ГТ 10 установлен внутри корпуса 1 снизу вверх в направлении движения очищаемого газа так, что основание его входного конуса 17.1 располагается выше допустимого нижнего уровня hн жидкости в указанном сборнике 12, а его напорное сопло 17.2 подключено через насос 15 к линиям подвода абсорбента 14, 18, 19. Жидкостная форсунка ГТ 17.2 может быть подключена как к линии подвода чистого абсорбента ПС 19, так и к линиям подачи рабочего раствора ПС 13, 18 через насос 14 и образует вместе с ГТ зону предварительной мокрой очистки газов. В верхней части корпуса 1 аппарата над форсунками 5 установлен в данном примере каплеуловитель 20, выполненный в виде пакета жалюзийных пластин. Для отвода суспензии или жидкости из сборника 12 в сборник ПС (на чертеже не показан) предусмотрен патрубок 21. Перфорированные конические отбойники 22 и 23 выполняют двойную роль - как пеногасителя, так и распределителя жидкости. Для подвода свежего абсорбента и ПС или раствора чистой рабочей жидкости к патрубкам 3.1, 3.2, 3.3 предусмотрены линии с установленной на ней запорной арматурой 24.1-24.4. Нижняя переливная тарелка имеет круглые отверстия 8.2, через которые очищаемый газ контактирует с ПС, которая через пространство кольцевого зазора между корпусом 1 и цилиндрической обечайкой 25 сливного порога, поступает в сборник 12. ГТ имеет выступ высотой hг над верхней БПТ.
Описание работы аппарата
Аппарат для мокрой абсорбционной сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов согласно полезной модели работает следующим образом. Поглотительная или свежая очищающая среда - абсорбент, поступая через патрубки 3.1, 3.2, 3.3 из линии 14,18,19 в систему жидкостных форсунок 5.1, 5.2 орошает провальные БПТ 6, 7, из которых абсорбент мелкими струйками стекает на нижнюю переливную барботажную тарелку 7.1 и затем через кольцевое пространство перетекает в сборник 12. При этом на БПТ 6, 7 образуется устойчивый газо-жидкостный пенный слой при скорости газа в свободном сечении аппарата 1,5÷2,5 м/сек и соотношении объемов обрабатываемых газовой и жидкой фаз 200÷500. Из нижней барботажной переливной тарелки 7.1 очищающая жидкость, перемещаясь через слив в кольцевом пространстве между корпусом 1 и обечайкой 25, стекает в сборник 12, откуда отводится через патрубок 21 или при помощи насоса 15 попадает в линии принудительной циркуляции 14, 18, 19, из которых снова поступает в коллекторы системы орошения поглотительной средой через жидкостные форсунки. Кроме того, через патрубок 3.3 по линии 14 циркулирующая ПС поступает в жидкостные форсунки 17.2 орошения ГТ. По линии 16 в смесительную емкость сборника 12 подается газообразная реакционная среда (в данном примере - кислород воздуха) от не показанной на чертеже воздуходувки, а также по ней же могут подводиться другие необходимые газообразные реагенты.
Очищаемый газ подается в корпус 1 через патрубок 2, расположенный в нижней части конической боковой поверхности сборника 12 выше допустимого верхнего уровня hв жидкости в нем, и движется в верх аппарата, попадая сначала через отверстия 8.2 нижней непровальной переливной тарелки 7.1 в слой орошающей ее жидкости, а затем проходит через отверстия в жидкостной слой вышерасположенных провальных тарелок под действием тяги не показанного на чертеже дымососа. Часть очищаемого газа под действием жидкостного напора форсунки 17.2 ГТ 10 проходит в него и взаимодействует внутри с капельно-струйным потоком ПС. Указанное расположение патрубка 2 над уровнем жидкости в сборнике 12 выбрано исходя из недопустимости залива этого патрубка очищающей жидкостью. На своем пути газ, прежде всего, проходит в ГТ в виде струйного аппарата зону предварительной очистки частью жидкости поглотительной среды или чистого абсорбента, подаваемыми через форсунку 17.2. В следующей зоне очищаемый газ из ГТ смешивается с очищаемым газом, прошедшим через верхнюю тарелку 6, и движется навстречу очищающей жидкости из верхней системы форсунок. Далее очищаемый газ проходит через каплеуловитель, выполненный в виде пакета 20 из жалюзийных пластин, и отводится с помощью не показанного на чертеже дымососа через также не показанную на чертеже дымовую трубу в атмосферу. Подсасываемый очищаемый газ в ГТ интенсивно перемешивается с распыляемым жидкостным потоком, поступающим из сопла 17.2, образуя устойчивый газокапельный поток, что обеспечивает эффективную предварительную очистку очищаемого газа от пыли и нежелательных газообразных примесей.
Наличие нескольких последовательно расположенных зон контакта взаимодействующих сред с инверсией фаз, включая ГТ в виде струйного аппарата, позволяет обеспечить высокую степень очистки очищаемого газа.
Для получения товарного продукта накапливающийся в сборнике 12 водный раствор поглощенных из очищаемого газа соединений обрабатывается путем подачи в указанный сборник реакционной среды - например, кислорода воздуха или других газообразных реагентов (линии их подвода на чертеже не показаны) по линии 16.
Полученный в результате реакционного процесса раствор или суспензия товарного продукта отводится потребителю из сборника 12 через патрубок 21 по линии 16.1.
1. Аппарат для мокрой абсорбционной пенной очистки отходящих, дымовых и промышленных газов, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода очищаемого газа, подаваемого в аппарат со скоростью, обеспечивающей пенообразование, систему подвода поглотительной среды на орошение и патрубок вывода побочного продукта, заполняющего нижнюю часть корпуса, выполняющую функцию смесительного сборника, до заданного допустимого уровня, по меньшей мере, одну расположенную внутри корпуса барботажную провальную тарелку, установленную на пути движения поглотительной среды, и расположенный в верхней части корпуса каплеуловитель, отличающийся тем, что в нижней части корпуса над смесительным сборником дополнительно установлена переливная барботажная тарелка, на которой установлен генератор турбулентности в виде струйного аппарата.
2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что основание входного конуса генератора турбулентности расположено на уровне установленной в корпусе нижней по ходу движения очищаемого газа переливной барботажной тарелки и выше допустимого нижнего уровня жидкости в указанном сборнике.
3. Аппарат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что напорная форсунка генератора турбулентности подключена через центробежный насос к линии поглотительной среды.
4. Аппарат п. 1, отличающийся тем, что в нижней части основания генератора турбулентности имеются проемы для прохода поглотительной среды.
5. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в нижней части корпуса в зоне расположения смесительного сборника установлены сопла для перемешивания поглотительной среды подаваемым через них реакционным газом.
6. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что верхняя и нижерасположенная барботажные провальные тарелки имеют форму корзины с плоским основанием и боковой поверхностью в виде усеченного конуса, примыкающего к основанию корзины своим нижним основанием, а верхним - к корпусу.
7. Аппарат по п. 6, отличающийся тем, что вся боковая поверхность корзины барботажных провальных тарелок перфорирована круглыми отверстиями.
