RU2121867C1

RU2121867C1 - Способ обработки газообразных отходов, содержащих вредные вещества для регенеративного теплообменника, и устройство для его осуществления

Info

Publication number: RU2121867C1
Application number: RU94002340A
Authority: RU
Inventors: Шлютер Зигфрид; Ниггешмидт Вернер
Original assignee: Аппаратебау Ротемюле Брандт унд Критцлер ГмбХ
Priority date: 1993-01-23
Filing date: 1994-01-24
Publication date: 1998-11-20
Also published as: UA27800C2; DE4301760A1; US5678625A; GB2275001A; GB9401120D0; CZ287723B6; GB2275001B; JPH07765A; CZ13894A3; NL9400104A

Abstract

Изобретение относится к способам очистки газов и устройствам для этих способов. Газообразные отходы подают для теплообмена с другой средой, с неподвижными или циркулирующими аккумулирующими массами, состоящими частично из каталитического материала. С горячей поверхности аккумулирующих масс подается восстановитель так, чтобы он не касался других поверхностей нагрева и отходящих газов. Восстановитель подают на такую глубину, пока он не достигнет поверхности нагрева катализатора, не попадая на поверхность нагрева теплосборника, расположенного под аккумулирующими массами. Для этих целей устройство снабжено колпаками, в одном из которых расположена трубка по меньшей мере с одним отводом, снабженным соплом. Результат изобретения - в окружающую среду не попадают отходы, насыщенные аммиаком. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к способу обработки газообразных отходов, содержащих вредные вещества для регенеративного теплообменника и находящихся в состоянии теплообмена с другой средой, с неподвижной или циркулирующей аккумулирующей массой, состоящей по меньшей мере частично из каталитического материала, и к которому с горячей поверхности подается восстановитель. Регенеративный теплообменник можно использовать как для воздухоподогревателя, так и для газоподогревателя.

На электростанциях и в топочных камерах газообразные отходы используются в регенеративном теплообменнике для подогрева воздуха, идущего на горение. При этом значительно сокращается содержание оксидов азота (NO_x) в отходящих газах, причем в этом случае аккумулирующие массы - неподвижные или циркулирующие - регенеративного воздухоподогревателя представляют собой полностью или частично активный каталитический материал, и, например, в качестве восстановителя добавляется, прежде всего, аммиак (NH₃). При этом речь идет о снижении содержания оксидов азота каталитическим путем, при котором осуществляется восстановление /раскисление/ оксидов азота при добавке NH₃ в присутствии катализатора, имеющегося в регенеративном воздухоподогревателе или регенеративном теплообменнике. Как правило, содержащие оксиды азота газообразные отходы являются дымовым газом огневого обогрева, который циркулирует на конце парового котла для подогрева воздуха, идущего на горение, в регенеративном теплообменнике.

Для этих целей известно введение NH₃ в виде паров в смеси с воздухом в качестве газа-носителя под давлением или растворимого в воде без напора в газообразные отходы установок для огневого обогрева, для выборочного восстановления оксидов азота в газообразных отходах в установках для огневого обогрева. С помощью зон смешивания, используя соответствующие вставки внутри продолжающихся каналов для газообразных отходов, пытаются получить в потоке газообразных отходов до попадания в катализатор распределение аммиака и нагрев без деления на отдельные потоки. Катализатор или аккумулирующие массы с учетом оптимальных температур реакции в процессе газоотвода предварительно подключены к регенеративному теплообменнику для переноса тепла газообразных отходов в воздух, идущий на горение и подаваемый для огневого обогрева. В качестве катализатора оправдали себя, прежде всего, неподвижные катализаторы с направленным вертикально вниз потоком газообразных отходов, многие из которых воздействуют на очищаемые от азота отходящие газы попеременно. Неподвижные катализаторы, имеющие ячеистую структуру, содержат в качестве каталитических активных веществ соединения ванадия, которые благоприятствуют реакции обмена оксидов азота и NH₃, введенного ранее в поток газообразных отходов и примешанного на пути к катализатору при точном распределении. Реакция с оксидами азота, присутствующими в газообразных отходах, приводит, по существу, к получению молекулярного азота и воды в качестве продуктов реакции, которые затем могут отводиться, не причиняя вреда окружающей среде.

Из Европатентов 0195075 и 0257024 известна добавка восстановителя с неочищенным, дымовым или отходящим газом, или с очищенным газом или воздухом, или как с газом, так и с воздухом. NH₃ добавляется либо в дымовой газ перед его попаданием в катализатор, либо к нагреваемому приточному воздуху перед его попаданием в катализатор, либо в комбинации того и другого. В любом случае присутствующие в дымовом газе компоненты, а именно NO_x, преобразуются каталитическим путем в безвредные компоненты.

В известных теплообменниках появляется утечка как при внесении NH₃ с воздухом, так и с дымовым газом. Несмотря на имеющиеся уплотнения, при внесении NH₃ с воздухом нельзя предотвратить попадание определенного количества восстановителя из очищенного газа в очищенный дымовой газ. Эта доля, таким образом, пропадает и загружает дополнительные секции установки. Наконец, при подаче с воздухом, т.е. с холодным воздухом теплообменника затронуты также каталитически неактивные, находящиеся в областях низких температур поверхности нагрева. При этом в зонах поверхностей нагрева, частично благодаря компенсации и/или абсорбции, например, при подогреве воздуха, идущего на горение, NH₃ может переноситься из воздуха в дымовой газ. При этом в качестве нежелательных побочных явлений может наступить существенный избыток NH₃ в газообразных отходах и одновременное насыщение аммиаком летучей пыли, присутствующей в дымовом газе.

В основе изобретения стоит задача создания способа и устройства вышеназванного типа, с помощью которого можно избежать указанных недостатков для достижения, во-первых, высокой степени реагирования в смысле максимального снижения содержания NO_x, а во-вторых, для дальнейшего предотвращения попадания восстановителя в поток дымового газа и, таким образом, в окружающую среду.

Согласно заявленному способу эта задача решается таким образом, что восстановитель подается непосредственно к катализатору отдельно от газообразных отходов, содержащих вредные вещества, не соприкасаясь с остальными поверхностями нагрева. В основе изобретения лежит накопленный опыт прямой подачи восстановителя кратчайшим путем с нагретой поверхности теплообменника к поверхностям нагрева катализатора, в общем в пакет с аккумулирующими массами, на такую глубину, пока он не достигнет поверхности нагрева катализатора.

Согласно выполнению изобретения предлагается подавать восстановитель к катализатору со струей дымового газа или воздуха через систему подачи свободной струи. В воздухоподогревателе, например, это означает, что подача восстановителя через насадки на нагретой поверхности аккумулирующих масс, оснащенной элементами катализатора, осуществляется навстречу свободной струе выходящего воздушного потока. Под значением "свободная струя" подразумевается здесь форма потока выходящей из насадки среды, которая свободно проходит через окружающую атмосферу за счет своей кинетической энергии, т.е. она /среда/поступает к элементам катализатора не по особым каналам или направляющим элементам.

Согласно предпочтительному альтернативному выполнению заявленного способа предлагается подавать восстановитель к катализатору внутри герметичной системы, разделяющей теплообменные среды, при замене воздуха на дымовой газ или очищенного газа на неочищенный.

В отличие от свободноструйного способа подачи в данном случае восстановитель поступает к катализатору по отдельному каналу, для чего может быть создано выгодным образом направление подачи в виде канала, расположенного в радиальных уплотнительных элементах.

При подаче восстановителя через отдельный канал герметичной системы восстановитель может добавляться по типу частичной промывки камеры. При этом соответствующие ячейки с аккумулирующими массами на холодной противоположной поверхности освобождаются от соответствующих радиальных уплотнительных элементов, причем входящий восстановитель частично вымывает скопившийся газ и продвигает его до конца зоны катализатора. По окончании переходной стадии, во время которой ячейки, находящиеся под воздействием восстановителя, полностью изолируются на холодной поверхности, поперечное сечение снова освобождается от уплотнительного элемента, так что теперь, например, входящий воздух противотоком вымывает оставшийся дымовой газ и избыточный восстановитель. При этом восстановитель в катализаторе не встречает на своем пути выходящую среду, и кроме того, для снабжения катализатора восстановителем имеется достаточно времени.

Для проведения свободноструйного процесса в соответствии с изобретением предлагается сопловое устройство по меньшей мере с одним отводом, расположенное в обеих половинах колпака и проходящее, смотря по обстоятельствам, через общий радиус теплообменника, причем отвод/ы/ имеет/ют/ щелевое сопло; в качестве альтернативы отвод/ы/ может/гут/ быть оснащен/ы/ отдельными соплами, распределенными по всему радиусу теплообменника. Щелевое сопло или ряд отдельных сопел располагается таким образом, что поверхности катализатора в любом месте получают равное количество восстановителя.

Если сопловое устройство выполнено с возможностью угловой регулировки, внутри одной половины или обеих половин верхнего колпака заданное положение можно привести в соответствии с температурной зоной, оказывающей благоприятное воздействие на абсорбцию восстановителя.

Сущность поясняется ниже чертежами, на которых показано:
фиг.1 - регенеративный теплообменник с подводом восстановителя к катализатору с горячей поверхности, выполненный в виде свободноструйного соплового устройства, схематичное изображение в разрезе вдоль линии I-I фиг.-2.

фиг. 2 - схематичное изображение регенеративного теплообменника согласно фиг.1 в разрезе вдоль линии II-II.

фиг.3 - схематичное изображение для сравнения с фиг.2; в разрезе дан колпак регенеративного теплообменника с сопловым устройством, в котором каналы для прохождения потока расположены в радиальных уплотнительных элементах, размещенных между воздушными и газовыми секторами.

фиг.4 - поперечное сечение вдоль линии IV-IV - фиг.3 катализатора, состоящего из каталитически активных и находящихся сверху аккумулирующих масс и теплосборника, находящегося снизу.

К регенеративному теплообменнику 1, показанному на фиг.1 и выполненному как воздухоподогреватель, из парового котла /здесь не изображено/ через канал 2 поступает горячий отходящий газ, содержащий NO_x. Горячий неочищенный газ G далее просто газ - попадает сверху в регенеративный теплообменник 1, имеющий в средней части непрерывно или поэтапно циркулирующий катализатор, состоящий из аккумулирующих масс 3 и находящегося под ними дополнительного теплообменника 4. С двух сторон, т.е. над катализатором и под ним, т.е. над или под аккумулирующими массами 3 или теплосборником 4 находится, смотря по обстоятельствам, сегментный колпак 5, 6. Из-за вращения катализатора прочие части или элементы аккумулирующих масс 3 и теплосборника 4 постоянно подвергаются воздействию нагретого газа G, насыщенного вредными веществами. На пути газа G через каталитически активные аккумулирующие массы на восстановление NO_x оказывает влияние адсорбция с помощью NH₃. Одновременно поверхности нагрева аккумулирующих масс 3 и теплосборника 4 нагреваются при помощи газа G, который при этом охлаждается и в очищенном виде выходит из регенеративного теплообменника 1 на его нижнем конце через канал 7.

С нижнего конца регенеративного теплообменника 1 - т.е. изображенного воздухоподогревателя - к колпаку 6 подсоединен трубопровод 8, через который навстречу полотну газа G подается чистый холодный воздух L, идущий на горение - в дальнейшем просто воздух - через колпак 6 к поверхности нагрева аккумулирующих масс 3 или теплосборника 4, нагреваемым с помощью газа G. Воздух L охлаждает поверхности нагрева в процессе поглощения тепла и проходит через верхний колпак 5 в виде горячего воздуха через канал 9 для огневого обогрева.

Для восстановления NO_x в качестве восстановителя вводится NH₃ с подогретым транспортирующим воздухом через подводящую трубу 10 с нагретой поверхности регенеративного теплообменника 1 через верхний колпак 5, а оттуда через сопловое устройство 11 поступает к поверхности нагрева аккумулирующих масс 3. Сопловое устройство 11, изображенное на фиг. 1, состоит из отводов 13, подводящей трубки 10, проходящих, смотря по обстоятельствам, в воздушных секторах 12 /стр. фиг.2/ обеих половин колпака 5a, 5b до внешнего периметра регенеративного теплообменника 1 и имеющих целый ряд отдельных отверстий сопел 14. Альтернативно отводы 13 могут иметь вместо отдельных сопел 14 сквозное щелевое сопло 15 /стр. фиг.2/. Между воздушными секторами 12 и газовыми секторами 17 имеются радиальные уплотнительные элементы 16, а из отдельных сопел 14 или щелевых сопел 15 восстановитель подается с транспортирующим воздухом в виде свободной струи в пакет для поверхностей нагрева аккумулирующих веществ 3 только на такую глубину, пока не достигнет поверхностей нагрева катализатора, восстановитель не попадает на поверхности нагрева теплосборника 4, находящиеся в зоне низких температур.

Для подачи восстановителя согласно фиг.3 и 4 сопловое устройство 11 выполнено в виде канала 18, проходящего в диаметрально противоположных радиальных уплотнительных элементах 16a, так что получается замкнутая подача восстановителя. С подачей восстановителя в отдельных каналах 18 уплотнительных элементов 16a можно проводить посекционную промывку камеры, как показано на фиг. 4. При этом соответствующие ячейки 4a теплосборника на холодной поверхности катализатора лишь настолько освобождаются от соответствующих, предназначенных для теплосборника 4 радиальных уплотнительных элементов 16b, чтобы поступающий по каналу 18 восстановитель при вымывании скопившегося дымового газа продвигался до границы зоны катализатора /см. позицию 1 на фиг. 4/. После переходной стадии, во время которой ячейки 4a, теплосборника, находящиеся под воздействием NH₃, оказываются изолированными на холодной поверхности 5 /см. позицию II на фиг.4/, поперечное сечение теплосборника 4a освобождается затем снова от элементов 16b /см. позицию III на фиг.4/, так что теперь, например, поступающий в эти ячейки воздух встречным потоком вымывает оставшийся дымовой и избыточный NH₃ и переносит через канал 11 /см. фиг. 1/ для огневого обогрева. Это означает, что в окружающую среду не попадают газообразные отходы, насыщенные NH₃.

Claims

1. Способ обработки газообразных отходов, содержащих вредные вещества для регенеративного теплообменника с неподвижными или циркулирующими аккумулирующими массами, в котором газообразные отходы находятся в состоянии теплообмена с другой средой, с неподвижными или циркулирующими аккумулирующими массами, состоящими частично из катализатора, включающий подачу восстановителя с нагретой стороны теплообменника без касания других поверхностей нагрева непосредственно катализатора отдельно от отходящих газов, содержащих вредные вещества, отличающийся тем, что восстановитель подают к поверхности нагрева аккумулирующих масс на такую глубину, пока он не достигнет поверхности нагрева катализатора, причем восстановитель не попадает на поверхность нагрева теплосборника, расположенного под аккумулирующими массами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановитель подают к поверхности нагрева аккумулирующих масс со струей дымового газа или воздуха через свободноструйную сопловую систему.

3. Устройство для обработки газообразных отходов, содержащих вредные вещества, выполненное в виде регенеративного теплообменника, снабженного колпаками, в одном из которых размещена трубка по меньшей мере с одним отводом, расположенным по радиусу теплообменника, с по меньшей мере одним отверстием, находящимся на отводе, для подачи восстановителя, отличающееся тем, что отверстие выполнено в виде сопла.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что отверстие выполнено в виде щелевого сопла.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что отвод снабжен отдельными соплами, распределенными по радиусу теплообменника.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что отвод с отверстиями выполнен в виде канала, образованного радиальными уплотнительными элементами.