RU1789250C - Способ мокрой обработки дл утилизации тепла и очистки дымовых и отход щих газов от вредных веществ - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способу мокрой .обработки дл  утилизации тепла и очистки всех образующихс  при сжигании твердых, жидких и газообразных топлив, дымовых и отход щих газов, который предназначен в особенности дл  применени  в малых и средних теплоцентрал х. Целью изобретени   вл етс  нахождение такого эффективного и универсального способа, при котором дымовой или отход щий газ вступает при помощи струйного газоочистител  или аппарата в контакт с промывочной жидкостью, позвол ющих осуществить оптимальные услови  обмена импульсом, а также услови  дл  процессов очистки и теплообмена при минимальном балансе инвестиционных и эксплуатационных средств. Дл  этого либо к циркулирующей промывочной жидкости на участке между гидравлическим насосом и реактивным соплом струйного газоочистител  или аппарата, либо к промывочной жидкости, приготовленной вне промывочной установки, на участке отдельного, ведущего к реактивному соплу, трубопровода добавл ют высокотемпературный газ или газовую смесь при температуре, превышающей точку кипени  промывочной жидкости. Газ или газовую смесь забирают преимущественно из воздуха окружающей среды, потока дымового газа или потока очищенного газа. 2 з.п. ф-лы, 2 и . ел с

Description

Изобретением  вл етс  способ интенсивной очистки и утилизаци  тепла всех дымовых и отход щих газов, образующихс  при сжигании жидких, газообразных, а также твердых топлив. Способ, согласно изобретению , с пр мым тепло- и массообменом между дымовым и отход щим газом и про мывочной жидкостью, универсален и применим в отопительных или котельных установках с различной тепловой мощностью , конструктивным исполнением, однако , преимущественно, предназначен дл  средних и малых теплоцентралей с тепловой мощностью до 12 мВ.

Характеристика известных технических решений.

Известно множество принципиальных решений, содержанием которых  вл етс  очистка, особенно дл  уменьшени  загр зн ющих окружающую среду эмиссий пыли, сажи и двуокиси серы, а также утилизаци  тепла дымовых и отход щих газов посредством разнообразных промывочных жидкостей и технических средств дл  пр мого контакта газа и жидкости. До насто щего времени, дл  отопительных и котельных установок малой и средней тепловой мощности, получили распространение , преимущественно, такие усXI 00 О N3 01 О

тановки дл  очистки дымовых или отход щих газов, в которых, при использовании струйных аппаратов, происходит интенсивный тепло- и массообмен между дымовыми или отход щими газами (инжектируемое вещество ) и промывочной жидкостью (рабочее вещество). Дл  лучшей организации утилизации тепла и очистки используют процесс образовани  газовых или воздушных пузырьков малого объема в запасной емкости дл  промывочной жидкости. Эта пузырькова  продукци  преобразуетс  при помощи механической энергии (например, смесительного устройства) в запасных емкост х струйного аппарата, как это документировано в патенте DE-OS 2161476,-при добавке флотационных средств (например, тенси- дов) или, отчасти, посредством химических реакций, происход щих в запасных емкост х , из двуокиси серы в сульфат.

Дл  получени  функционирующего промывного контура, циркул ционного, предусмотрены специальные насосы, расположенные между запасной емкостью и реактивным соплом струйного аппарата. Эти насосы дл  содержащих газ жидкостей представл ют собой центробежные насосы и описаны, напри-мер, в патенте DD- WP101947, а также в DD-WP2362.87. В отличие от обычных циркул ционных насосов, ограничено образование газовых или пенных пробок, происход щее вблизи от рабочего колеса, которое может привести к уменьшению мощности или полному исчезновению подачи насоса. Решающее значение имеют, однако, недостатки, по вл ющиес  из-за повышени  уровн  шума, затрат энергии, а также повышени  затрат на изготовление подобных центробежных насосов. Напротив, решение системы, предлагаемое в патенте SU-PS37044Q предлагает, в общем, преимущественные энергетические и экономические услови  применени . При этом часть потока газообразного охлаждающего вещества (инжектируема  среда) после контакта с охлаждающей циркулирующей жидкостью (рабоча  среда) в струйной трубе струйного аппарата, подают в соединительный трубопровод между реактивным соплом и имеющимс  гидравлическим насосом. Подача газо-жид- костной смеси под давлением через сопло приводит к улучшенному, но не оптимальному тепло- и массообмену, а также движению рабочей среды. Из этого следует, кроме прочего , незначительное уменьшение длины струйной трубы или расхода материала (например , благородной стали или специального стекла). В дальнейшем при использовании этого метода обработки в малых котельных установках, расположенных в здани х, проблемы, возникающие из- за монтажной высоты, не могут быть значительно сокращены.

Целью изобретени   вл етс  нахождение такого эффективного и универсального способа мокрой обработки с пр мым тепло- и массообменом между дымовым и отход щим газом и промывочной жидкостью дл  отопительных установок всех тепловых

мощностей, который, по сравнению с известными решени ми, с одной стороны, отличаетс  оптимальной организацией условий обмена импульсом, а также процессов очистки и теплообмена и, с другой стороны,

5 минимальными инвестиционными и эксплуатационными затратами.

Задачей изобретени   вл етс  нахождение такого способа обработки дымового газа, при котором услови  процессов обме0 на импульсом, тепло- и массообмен тех промывочных установок, в которых дымовой или отход щий газ вступает в контакте промывочной жидкостью, в особенности при использовании газоочистителей или струй5 ных аппаратов, значительно интенсифицируютс , и тем самым, будут значительно сокращены энергетические затраты на эксплуатацию и/или конструктивные размеры установки дл  осуществлени  способа при

0 неизменном количестве утилизованного тепла и степени очистки. В первую очередь, изобретение должно сделать возможным уменьшение как размеров промывочной установки , особенно конструктивной высоты

5 струйного аппарата, так и применение обычных гидравлических ыасосов и элементов газации простой конструкции.

Согласно изобретению, задача решаетс  таким образом, что либо к циркулирую0 щей промывочной жидкости на участке между гидравлическим насосом и реактивным4 соплом струйного газоочистител  или аппарата, либо к промывочной жидкости, приготовленной вне промывочной установ5 ки, на участке отдельного, ведущего к реактивному соплу трубопровода, добавл ют высокотемпературный газ или газовую смесь при температуре, превышающей точку кипени  промывочной жидкости. Этот газ

0 или газовую смесь забирают из воздуха окружающей среды, потока дымового газа, потока очищенного газа, запаса отдельно приготовленного газа, запаса отход щего промышленного газа или из любой, пол5 ученной из названных газов смеси. Ввод высокотемпературного газа или газовой смеси в промывочную жидкость, который провод т в зависимости от требуемого количества промывочной жидкости, осуществл ют либо пр мым путем, либо после

рекуперативного нагрева высокотемпературным газом или газовой смесью и/или после нагрева дополнительными источниками тепла.

Высокотемпературный газ или газова  смесь вызывает непосредственно после ввода в поток промывочной жидкости, который осуществл ют, преимущественно, при помощи гидравлического струйного насоса, пробковое, кольцевое или пузырьковое течение с высоким содержанием пара в газовой фазе и, следовательно, высокую турбулизацию потока.

Термическое обогащение пузырьками сокращает до минимума расход газа, необходимого дл  получени  оптимально распыленной струи. В результате расширени  паровых пузырей происходит особенно интенсивный распад струи на поток капель или поток вод ной пыли уже в сопле или непосредственно после выхода струи из сопла . Как, оказываетс , по сравнению с теми способами, в которых в промывочную Жидкость ввод т низкотемпературные газы или газовые смеси, по вл ютс  настолько преимущественные услови  тепло-, массообме- на и обмена импульсом, что, например, при условии одинаковых объемов дымовых или отход щих газов и одинаковой степени очи- стки высоту струйной трубы можно значительно уменьшить при одинаковых общих балансах энергии. Теоретически это объ сн етс  тем, что возникает интенсивное возбуждение завихрений рабочей струи с высокой скоростью угловой, а также стабильные конфигурации вихрей в области струйной трубы. Центры малых и больших вихрей, увеличивающиес  со временем по длине трубы, по вл ютс  в больших количе- ствах в зоне перемешивани  в так называемой , переходной зоне и в развитой зоне распылени  и взаимодействуют друг с другом таким образом, что они вступают в контакт тангенциально, легко проникают внутрь друг друга и снова удал ютс  друг от друга, поскльку малые вихревые области, по сравнению с большими, обладают большей энергией, отнесенной к массе. При этом при отрыве от больших вихревых зон образуют- с  малые зоны перемешивани  с новыми малыми вихр ми. Имеющиес  оптимальные услови  закручивани  удлин ют, тем самым , не только длины участков распадени  вихрей, а также уменьшают размер капель или улучшают распыление. Это приводит к увеличению площади поверхности и, вместе с тем, к значительному улучшению тепло- и массообмена между промывочной жидкостью и дымовым или отход щим газами.

Ниже, на конкретном примере струйной промывочной системы по сн етс , согласно изобретению, способ мокрой обработки.

На фиг. 1 изображен общий вид струйного газоочистител , работающего согласно предлагаемому способу: на фиг.2 - пример варианта дл  рекуперативного нагрева газа и на участке 1 согласно фиг. 1.

Струйный газоочиститель или струйный аппарат 1 состоит, в основном, из струйной трубы 2, реактивного сопла 3, запасной емкости 4 дл  промывочной жидкости W, ды- мовой-.трубы 5, циркул ционного насоса 6, гидравлического струйного насоса 12, Гидравлический струйный насос 12 вмонтирован в соединительный трубопровод 13 между циркул ционным насосом б и реактивным соплом 3 и служит дл  ввода части потока дымового газа RT, который отвод т от входной трубы дл  дымового газа и подвод т через соединительный трубопровод 14 к гидравлическому насосу. Расход вводимой части потока дымового газа RT регулируют в зависимости от числа оборотов циркул ционного насоса б или в зависимости от количества циркулирующей промывочной жидкости W, работой дроссельного клапана 8. С учетом оптимальной утилизации тепла (использование полной теплоты сгорани ) и удадени  вредных веществ, величина потока промывочной жидкости определ етс , в основном, согласно соответствующим состо ни м нагрузки котельной установки, содержанию вредных веществ в топливе или продуктах сгорани , разновидности используемого дл  нейтрализации вещества, цели, с которой будут использованы продукты химических реакций или отход щие продукты Сие учетом потребителей тепла.

Часть потока дымового газа RT, который ввод т в соединительный трубопровод 13, вызывает пробковое, кольцевое или пузырьковое течение с высоким содержанием пара в газовой фазе, что приводит уже на участке трубопровода, ведущего к реактивному соплу 3, к интенсифицированию тепло- и массообмена . Основной поток дымового газа R транспортируетс  рабочим потоком, который передает наибольший импульс при расширении паровых пузырьков и св занным с ним распылением, в струйную трубу 2 и там вступает в пр мой контакт с промывочной жидкостью W. Дымовой газ R попадает на последнем этапе в дымовую трубу 5 уже очищенным и охлажденным почти до температуры промывочной жидкости газом А в атмосферу.

Охлаждение промывочной жидкости происходит посредством рекуперативного

теплообмена с потоком технической воды потребител  N. Перед подачей промывочной жидкости W в теплообменник 11 она подвергаетс  в фильтрующем элементе 10 очистке от СОа - пузырьков, других газовых пузырьков и твердых частиц, настолько это возможно.

Добавление свежей промывочной жидкости WF в запасную емкость 4 может быть проведено при помощи поплавкового механизма 9,

Вывод продуктов химической реакции и отход щих продуктов С производ т из нижней части запасной емкости 4.

На фигуре 2 представлен вариант получени  гор чего воздуха окружающей среды LH из холодного воздуха окружающей среды LK при помощи высокотемпературного дымового газа R, при этом часть потока дымового газа RT отвод т из трубы подачи дымового газа 7 через трубопровод дл  подвода 15, направл ют через рекуперативный теплообменник 17 и через трубопровод дл  отвода 16 снова добавл ют к основному потоку дымового газа. Нагретый воздух окружающей среды LH из-за всасывающего действи  гидравлического струйного насоса 12 проходит через присоединительный трубопровод 14 в соединительный трубопровод 13, расположенный между реактивным соплом 3 и циркул ционным насосом 6.

Подобное решение оказываетс  существенным особенно тогда, когда дл  нейтрализации требуетс  незагр зненный и/или содержащий большое количество кислорода газ или газова  смесь. Кроме того, в отличие от представленного на фиг.1

предложени  имеетс  согласно изобретению следующее преимущество: удлин ютс  эксплуатационные циклы гидравлического струйного насоса 12, соединительного трубопровода 13, присоединительного трубопровода 14 и реактивного сопла 3 из-за уменьшенной степени загр знени .

Список примен емых обозначений: 1 - струйный газоочиститель или аппарат, 2 струйна  труба; 3 - реактивное сопло; 4 - запасна  емкость; 5 - дымова  труба; 6 - циркул ционный насос; 7 - труба подачи дымового газа; 8 - дроссельный клапан; 9 - устройство поплавкового клапана; 10 фильтрующий элемент; 11 - теплообменник; 12 - гидравлический струйный насос; 13-соединительный трубопровод; 14-присоединительный трубопровод; 15 - трубопровод дл  подвода; 16 - трубопровод дл 

отвода; 17 - теплообменник; А - отход щий газ (очищенный); W - промывочна  жидкость; WF - свежа  промывочна  жидкость; LK - воздух окружающей среды (холодный); LH - воздух окружающей среды (гор чий); R

- дымовой газ; RT - часть потока дымового газа; С - продукты химической реакции или отход щие продукты; N - поток используемой воды.

Форму ла изобретени 

,1, Способ мокрой обработки дл  утилизации тепла и очистки дымовых и отход щих газов от вредных веществ, заключающийс  в пр мом тепломассообмене между промы- вечной жидкостью и газами, подвергающимис  обработке в одной или нескольких установках, преимущественно в струйных газоочистител х, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности теп- ло-, массо- и импульсообмена между газом и жидкостью, на участке между гидравлическим , преимущественно циркул ционным насосом (6) и устройством дл  мокрой обработки , предпочтительно, струйным соплом (3) струйного газоочистител , либо к приготовленной вне устройства промывочной жидкости на участке отдельного трубопровода , подключенного к соплу (3), подвод т

высокотемпературный газ или газовую смесь с температурой выше температуры кипени  промывочной жидкости, предпочтительно отведенный (отведенную) из дымового газа, воздуха окружающей среды и/или очищенного отход щего газа.

2. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что газ или газовую смесь ввод т в промывочную жидкость после рекуперативного или регенеративного подогрева высокотемпературным газом или газовой смесью предпочтительно, с помощью обрабатываемого дымового газа.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что подача высокотемпературного газа или газовой смеси осуществл етс  в зависимости от транспортируемого гидравлическим , предпочтительно, циркул ционным насосом (6) количества промывочной жидкости.