Аппарат с трубой вентури для мокрой сероочистки газов с получением побочного товарного продукта

Полезная модель относится к контактным массообменным аппаратам для мокрой сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов, в частности, отходящих и дымовых газов тепловых топливосжигающих электростанций, а также химических, металлургических и других предприятий, с получением побочного товарного продукта (ПТП) в виде гипса или сульфата аммония. Аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с патрубком 2 для подвода очищаемого газа, патрубками 3.1, 3.2 для подвода очищающей жидкости-абсорбента и расположенным в верхней части корпуса 1 патрубком 4 отвода очищенного газа. В средней части корпуса 1 последовательно установлена система жидкостных форсунок 5 и с расположенными под ними последовательно одна под другой двумя барботажными провальными тарелками (БПТ) 6,7, каждая из которых секционирована радиальными и окружными перегородками соответственно 8,9. При этом нижняя БПТ 7 повернута относительно верхней БПТ 6 так, чтобы между их радиальными перегородками 8 было достигнуто угловое смещение. В нижней части корпуса 1 предусмотрен сборник 10 жидкой фазы взаимодействующих сред, соединенный линией 11 принудительной циркуляции с указанной системой жидкостных форсунок 5. Аппарат содержит также средство получения в процессе очистки газа ПТП путем окисления в сборнике 10, выполняющем дополнительно функцию смесительной емкости, поглощенных абсорбентом сернистых соединений с добавкой необходимых реагентов. Внутри корпуса 1 снизу вверх в направлении движения газожидкостной смеси установлена труба Вентури 15, напорное сопло 15.2 которой подключено через газовый нагнетатель 16 к выходной линии 17 очищенного газа. Аппарат также содержит соединенную с патрубком 3.2 подвода очищающей жидкости дополнительную систему жидкостных форсунок 18, расположенную в нижней части корпуса 1 между последней в направлении сверху вниз БПТ 7 и сборником 10 и образующую зону предварительной мокрой очистки газов. Достигаемым техническим результатом полезной модели является повышение эффективности мокрой сероочистки газов без существенного увеличения гидравлического сопротивления газового тракта и увеличения нагрузки на штатный дымосос. Дополнительными техническими результатами полезной модели являются обеспечение возможность работы аппарата в широком диапазоне нагрузок по очищаемому газу, а также упрощение конструкции аппарата в части получения ПТП.

Область техники

Полезная модель относится к контактным массообменным аппаратам для мокрой сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов, в частности, отходящих и дымовых газов тепловых топливосжигающих электростанций, а также химических, металлургических и других предприятий, с получением побочного товарного продукта (ПТП) в виде гипса или сульфата аммония.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время мокрая очистка дымовых, отходящих и промышленных газов от вредных или ненужных примесей, в том числе от сернистых соединений производится в абсорбционных аппаратах различного типа.

Известен аппарат для мокрой абсорбционной сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками для подвода очищаемого газа и очищающей жидкости-абсорбента, расположенным в верхней части корпуса патрубком отвода очищенного газа и установленной в его средней части системой жидкостных форсунок, 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 ПТП путем окисления поглощенных абсорбентом сернистых соединений с добавкой необходимых реагентов (US 7731926, B01D 53/50, 2010 - аналог [1]). С целью интенсификации процесса окисления внутри сборника жидкости установлена мешалка. К недостаткам аналога [1] можно отнести наличие всего одной зоны контакта взаимодействующих сред, где инверсия газовой и жидкой фаз газожидкостной смеси при массообмене указанных сред не достигается, что не обеспечивает достаточно глубокой степени очистки газов. Кроме того, применяемое для интенсификации массообмена и ускорения химических реакций перемешивание жидкой фазы на стадии получения ПТП требует существенного расхода механической энергии.

Известен аппарат для мокрой абсорбционной очистки дымовых, отходящих и промышленных газов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками для подвода очищаемого газа и 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 установленную внутри корпуса сверху вниз в направлении движения газожидкостной смеси трубу Вентури (US 3768234, B01D 47/10, 1973 - аналог [2]). Введение нескольких последовательных каскадов систем форсунок с расположенными под ними БПТ, а также трубы Вентури обеспечивает увеличение числа инверсий фаз взаимодействущих при массообмене сред, что позволяет существенно повысить степень очистки газов. К недостаткам аналога [2] можно отнести то, что разрежение, создаваемое штатным дымососом, к всасывающему тракту которого подключена труба Вентури, не может обеспечить ее эффективной работы, что связано с недостаточностью создаваемого дымососом в трубе Вентури эжекционного эффекта. Указанный недостаток усугубляется тем, что в указанном аналоге [2] труба Вентури, являясь первой ступенью очистки, предполагает последовательное движение очищаемого газа по U-образному тракту сверху вниз по трубе Вентури и снизу вверх - по кольцевому пространству между ней и корпусом, что существенно увеличивает гидравлическое сопротивление этого тракта. Кроме того, по назначению данный аналог [2] не относится к аппаратам сероочистки, а представляет собой скруббер для мокрой очистки газов от твердых частиц и соответственно не приспособлен для получения ПТП.

Известен аппарат для мокрой абсорбционной сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками для подвода очищаемого газа и 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 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 ПТП путем окисления поглощенных абсорбентом сернистых соединений с добавкой необходимых реагентов, содержащее смесительную емкость с линиями подвода к ней окислителя, реагентов и отвода раствора указанного ПТП (RU 2176543, B01D 53/50, 2000 - прототип [3]). Одним из недостатков [3] является то, что смесительная емкость средства для получения ПТП согласно [3] расположена вне корпуса аппарата, что увеличивает габариты и металлоемкость последнего и усложняет его технологическую схему. К другим недостаткам [3] можно отнести отсутствие трубы Вентури в качестве эффективной ступени абсорбционной сероочистки газов, а также наличие насыпного наполнителя в зонах между форсунками и БПТ, что увеличивает гидравлическое сопротивление газового тракта.

Раскрытие полезной модели

Достигаемым техническим результатом полезной модели является повышение эффективности мокрой сероочистки газов без существенного увеличения гидравлического сопротивления газового тракта и увеличения нагрузки на штатный дымосос. Дополнительными техническими результатами полезной модели являются обеспечение возможность работы аппарата в широком диапазоне нагрузок по очищаемому газу, а также упрощение конструкции аппарата в части получения ПТП.

Указанный основной технический результат обеспечивается тем, что в аппарате для мокрой абсорбционной сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с патрубками для подвода очищаемого газа и 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 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, согласно полезной модели патрубок для подвода очищаемого газа расположен в нижней части боковой поверхности корпуса выше допустимого верхнего уровня жидкости в указанном сборнике, внутри корпуса установлена снизу вверх в направлении движения газожидкостной смеси труба Вентури так, чтобы основание ее входного конуса располагалось ниже допустимого нижнего уровня жидкости в указанном сборнике, а ее напорное сопло подключено через газовый нагнетатель к выходной линии очищенного газа, причем указанные системы форсунок с БПТ расположены в кольцевом пространстве между боковой стенкой корпуса и трубой Вентури. При этом согласно полезной модели каждая БПТ может быть секционирована радиальными и окружными перегородками, причем под секционированной БПТ может быть установлена по меньшей мере еще одна такая же тарелка с угловым смещением по отношению к выше расположенной провальной тарелке радиальных перегородок. В нижней части корпуса между последней в направлении сверху вниз провальной тарелкой и сборником жидкости может быть установлена дополнительная система жидкостных форсунок, подключенная к указанному сборнику жидкости с помощью отводного участка от указанной линии принудительной циркуляции и образующая зону предварительной мокрой очистки газов. Сборник жидкой фазы взаимодействующих сред дополнительно может выполнять функцию смесительной емкости для производства ПТП. 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 расположение патрубка для подвода очищаемого газа в нижней части боковой поверхности корпуса выше допустимого верхнего уровня жидкости в указанном сборнике уменьшает вдвое протяженность основного потока газового тракта внутри аппарата, что уменьшает его гидравлическое сопротивление, а установка внутри корпуса снизу вверх в направлении движения газожидкостной смеси трубы Вентури с подключением ее напорного сопло через газовый нагнетатель к выходной линии очищенного газа позволяет повысить эффективность очистки газов за счет введения дополнительной 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 газового потока, а необходимый напор в сопле трубы Вентури создается сжатым воздухом, смешиваемым с отобранной для очистки частью газового потока.

Секционирование каждой БПТ радиальными и окружными перегородками обеспечивает равномерное распределение собираемой в провальной тарелке очищающей жидкости в очищаемом газовом потоке, что обуславливает устойчивую работу аппарата в широком диапазоне нагрузок по очищаемому газу. Установка под секционированной БПТ по меньшей мере еще одной такой же тарелки с угловым смещением по отношению к выше расположенной провальной тарелке радиальных и окружных перегородок увеличивает степень равномерности смешения взаимодействующих сред. Установка в нижней части корпуса между последней в направлении сверху вниз провальной тарелкой и сборником жидкости дополнительной системы жидкостных форсунок, подключенной к указанному сборнику жидкости с помощью отводного участка от указанной линии принудительной циркуляции с образованием зоны предварительной мокрой очистки газов позволяет простыми средствами дополнительно повысить эффективность очистки газов. Выполнение сборником жидкой фазы взаимодействующих сред дополнительно функции смесительной емкости обеспечивает упрощение конструкции аппарата в части получения ПТП.

Краткое описание фигур чертежа

На фиг.1 - схематически изображен в продольном разрезе аппарат для мокрой абсорбционной сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов согласно полезной модели; на фиг.2 - то же в поперечном разрезе по А-А фиг.1; на фиг.3 - то же в поперечном разрезе по Б-Б фиг.1.

Подробное описание полезной модели

Аппарат для мокрой абсорбционной сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с патрубком 2 для подвода очищаемого газа, патрубками 3.1, 3.2 для подвода очищающей жидкости-абсорбента и расположенным в верхней части корпуса 1 патрубком 4 отвода очищенного газа. В средней части корпуса 1 последовательно установлена в данном примере одна система жидкостных форсунок 5 с патрубком 3.1 подвода к ней очищающей жидкости и с расположенными под ними последовательно одна под другой двумя БПТ 6,7, каждая из которых секционирована радиальными и окружными перегородками соответственно 8,9 (фиг.2). При этом нижняя БПТ 7 повернута относительно верхней БПТ 6 так, чтобы между их радиальными перегородками 8 было достигнуто угловое смещение, например, равное 45°. В нижней части корпуса 1 предусмотрен сборник 10 жидкой фазы взаимодействующих сред, соединенный линией 11 принудительной циркуляции с указанной системой жидкостных форсунок 5. На линии 11 установлен циркуляционный насос 12. Аппарат содержит также средство получения в процессе очистки газа ПТП путем окисления поглощенных абсорбентом сернистых соединений с добавкой необходимых реагентов. Указанное средство содержит сборник 10, выполняющий в данном случае функцию смесительной емкости, с линией 13 подвода к ней окислителя (в данном примере - воздуха, подаваемого от не показанной на чертеже воздуходувки), линиями подвода необходимых реагентов (на чертеже не показаны) и линией 14 отвода раствора ПТП. Патрубок 2 для подвода очищаемого газа расположен в нижней части боковой поверхности корпуса 1 выше допустимого верхнего уровня hg жидкости в сборнике 10. Внутри корпуса 1 снизу вверх в направлении движения газожидкостной смеси установлена труба Вентури 15 так, что основание ее входного конуса 15.1 располагается ниже допустимого нижнего уровня Пн жидкости в указанном сборнике 10, а ее напорное сопло 15.2 подключено через газовый нагнетатель 16 к выходной линии 17 очищенного газа. Указанная система форсунок 5 с БПТ 6,7 расположена в кольцевом пространстве между боковой стенкой корпуса 1 и трубой Вентури 15. Аппарат также содержит соединенную с патрубком 3.2 подвода очищающей жидкости дополнительную систему жидкостных форсунок 18, расположенную в нижней части корпуса 1 между последней в направлении сверху вниз БПТ 7 и сборником 10 (фиг.3). Дополнительная система жидкостных форсунок 18 подключена к сборнику 10 с помощью отводного участка 19 от линии 11 принудительной циркуляции и образует зону предварительной мокрой очистки газов. В верхней части корпуса 1 аппарата над форсунками 5 установлен в данном примере двухступенчатый каплеуловитель, первая ступень которого выполнена в виде отражателя 20.1, а вторая - в виде пакета 20.2 жалюзийных пластин. Для отвода очищающей жидкости из сборника 10 в линию циркуляции 11 предусмотрен патрубок 21, а для соединения с линией 14 отвода раствора ПТП - патрубок 22. Для подвода свежей очищающей жидкости к патрубку 3.1 предусмотрена линия 23 с установленной на ней запорной арматурой 24, также расположенной и на линии циркуляции 11.

Описание работы аппарата

Аппарат для мокрой абсорбционной сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов согласно полезной модели работает следующим образом. Свежая очищающая жидкость-абсорбент, поступая через патрубок 3.1 из линии 23 в систему жидкостных форсунок 5, распыливается ими над БПТ 6, а из нее мелкими струйками стекает в БПТ 7. При этом в БПТ 6 и 7 жидкость равномерно распределяется по всему их сечению благодаря секционированию радиальными и окружными перегородками 8,9 соответственно, а в БПТ 7 - дополнительно благодаря угловому смещению ее радиальных перегородок 8 относительно радиальных перегородок 8 БПТ 6. Из нижней БПТ 7 очищающая жидкость, перемещаясь в кольцевом пространстве между корпусом 1 и трубой Вентури 15 сверху вниз, стекает в сборник 10, откуда отводится через патрубок 21 при помощи насоса 12 в линию принудительной циркуляции 11, из которой снова поступает в систему жидкостных форсунок 5. Кроме того, из отводного участка 19 линии 11 циркуляции очищающая жидкость через патрубок 3.2 поступает в дополнительную систему жидкостных форсунок 18. По линии 13 в совмещенную со сборником 10 смесительную емкость подается окислитель (в данном примере - воздух) от не показанной на чертеже воздуходувки, а также подводятся необходимые реагенты по не показанным на чертеже линиям.

Очищаемый газ подается в корпус 1 тангенциально через патрубок 2, расположенный в нижней части его боковой поверхности выше допустимого верхнего уровня h_B жидкости в ее сборнике 10, и движется вверх в закрученном потоке под действием тяги не показанного на чертеже дымососа. Указанное расположение патрубка 2 над уровнем жидкости в сборнике 10 выбрано исходя из недопустимости залива этого патрубка очищающей жидкостью. На своем пути газ прежде всего проходит зону предварительной мокрой очистки частью очищающей жидкости, подаваемой через дополнительную систему форсунок 18. В следующей зоне очистки очищаемый газ сначала движется навстречу очищающей жидкости, вытекающей мелкими струйками из нижней БПТ 7, и, проходя в провальные отверстия, барботирует через находящийся на ней слой жидкости, а затем таким же образом проходит через верхнюю БПТ 6. Далее очищаемый газ последовательно проходит через первую ступень каплеуловителя, выполненную в виде отражателя 20.1 и вторую ступень, выполненную в виде пакета 20.2 жалюзийных пластин. Далее очищенный газ поступает через патрубок 4 в линию 17, из которой часть его отводится с помощью не показанного на чертеже дымососа через также не показанную на чертеже дымовую трубу в атмосферу, а другая его часть с помощью газового нагнетателя 16 подается в напорное сопло 15.2 трубы Вентури 15. Расположение основания входного конуса 15.1 ниже допустимого нижнего уровня h_н жидкости в сборнике 10 обеспечивает надежный подсос жидкости в конус 15.1 трубы Вентури 15 при колебаниях в допустимых пределах уровня жидкости в указанном сборнике. Подсасываемая жидкость в трубе Вентури 15 тонко распыливается и интенсивно перемешивается с газовоздушным потоком, поступающим из сопла 15.2, что обеспечивает эффективную очистку обрабатываемого газа от сернистых соединений.

Наличие нескольких последовательно расположенных зон контакта взаимодействующих сред с инверсией фаз, включая трубу Вентури 15, позволяет обеспечить высокую степень очистки обрабатываемого газа.

Для получения ПТП образующийся в сборнике 10, дополнительно выполняющем функцию смесительной емкости, водный раствор, уловленных из очищаемого газа, сернистых соединений обрабатывается путем подачи в указанный сборник окислителя (воздуха) по линии 13 и необходимых реагентов (линии их подвода на чертеже не показаны). В частности, для получения гипса в качестве реагентов вводится раствор известняка (СаСО ₃).

Образование гипса при этом происходит по следующей обобщенной реакции:

.

Для получения ПТП в виде сульфата аммония реагентом служит аммиачная вода (NН₃·Н ₂О). В этом случае протекают следующие реакции:

.

Полученный в результате процесса окисления раствор ПТП отводится потребителю из совмещенной со сборником 10 емкости через патрубок 22 по линии 14.

Аппарат для мокрой абсорбционной сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубком для подвода очищаемого газа, по меньшей мере 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, 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, отличающийся тем, что сборник жидкой фазы взаимодействующих сред дополнительно выполняет функцию смесительной емкости для производства побочного товарного продукта.