RU2225248C1

RU2225248C1 - Apparatus for purification of gases

Info

Publication number: RU2225248C1
Application number: RU2002117338/15A
Authority: RU
Inventors: Р.П. Кочеткова; А.Ю. Кочетков; Н.А. Коваленко
Original assignee: Кочетков Алексей Юрьевич
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-03-10
Also published as: RU2002117338A

Abstract

FIELD: devices for purification of gas emissions. SUBSTANCE: the invention presents an apparatus for purification of gases and it has to do with devices for purification of gas emissions. The apparatus for purification of gases consists of a cylindrical body, inlet and outlet branch pipes, a drop catcher, a hydraulic lock, a vane swirler and a deflector. At that inside the body there is a chamber, which together with the body, the vane swirler and the deflector forms a ring- type channel, inside which there are placed is tangentially mounted pressure nozzles, with which help pressure of the sprinkling liquid is being converted into movement of a gas-liquid mixture and into the given quantity of the granulated catalyst of the liquid-phase oxidation ensuring the necessary degree of the gas stream purification from indicated oxides. At that the volume of the grained catalytic layer makes 0.4- 0.6 of the geometric volume of the ring-type channel, and the vanes of the swirler are positioned at an angle of 10-25 dg with an intervanes space passages of less then the diameter of the catalyst grains. EFFECT: the device provides the necessary degree of the gas stream purification. 3 cl, 2 dwg

Description

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. The invention relates to devices for cleaning gas emissions and can be used in the power industry, metallurgical industry, for the neutralization of flue gases generated by waste burning, and in most other cases when environmental protection against ash, dust and harmful substances contained in gas is necessary emissions.

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. A known apparatus [1] for cleaning gas from harmful gaseous components using adsorption and catalytic oxidation. Dust extraction takes place in a layer of granular catalytic packing, where adsorption and oxidation processes occur. All trapped ash accumulates and is retained in this layer. The efficiency of catalytic oxidation is doubtful, since the surface of the granules and channels in the granular layer are quickly closed by trapped ash. The hydraulic resistance of the granular layer is growing, and to maintain the operability of the apparatus, it is necessary to equip it with a bulky complex system for cleaning and the circulation of the granular catalytic nozzle.

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. The closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result is a gas purification device [2], consisting of a cylindrical body with an inlet and outlet gas duct, an aerodynamic niche in which a swirl is located, creating a vortex along the vertical axis of the body. Irrigation water is supplied to the blades of the swirl by means of a plate filled with water, with slots at the edges. An annular reflective cornice is installed in the upper part of the niche, above which there are flat-flare nozzles for feeding the plates with water. At the exit of the apparatus, a tent-shaped corner louver droplet eliminator is installed. At the bottom of the aerodynamic niche there is an annular bath for partial collection of pulp, which can be fed into the water distribution plate using the airlift in recirculation mode.

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.The disadvantage of this device is the low capture efficiency of sulfur dioxide and poor fixation of the captured. The absorption of SO ₂ from the flue gas stream is produced by ash and irrigation water. The products of the interaction of SO ₂ with ash are sulfites. Some of them can undergo reverse transformations with the release of SO ₂ into the atmosphere, for example, in the conditions of an ash dump. SO ₂ forms an unstable solution with water, and as soon as the waste water comes into contact with the surrounding atmosphere, the desorption of SO ₂ begins immediately.

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. Undesirable secondary processes can be prevented by oxidizing unstable sulfites to sulfates, which can be accomplished by the use of liquid phase oxidation using heterogeneous catalysts. However, in this apparatus this is not possible due to its design features, and this has allowed the capabilities of this device to oxidize the resulting substrate to be exhausted.

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.When the dust content of the gas is 40 g / nm ³ and the water flow for irrigation is 0.15 dm ³ / nm ³ , the pulp flowing out in countercurrent through the interplanetary channels of the swirler contains about 260-270 g of solid phase per 1 dm ^{3 of} liquid. This is the maximum solids content: standard 250 g / dm ³ [3]. So that in the counterflow the hydraulic resistance of the apparatus does not exceed 150 mm of water. Art. (1500 Pa), the interscapular swirl ropes should be wide enough (at least 70 mm), and the blades should be installed at an angle of at least 30 ^o to the swirl plane.

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. To increase the efficiency of cleaning gas emissions from ash (dust), sulfur oxides, and nitrogen oxides, a chamber is placed inside the casing, forming an annular channel with a casing, a blade swirler and a reflector, inside which there are tangentially mounted pressure nozzles with which the pressure of the irrigation fluid is converted into motion gas-liquid mixture in the annular channel, and a predetermined amount of a granular liquid-phase oxidation catalyst is loaded into the annular channel, the volume of the granular catalytic bed oy is 0.4-0.6 geometric volume of the annular channel.

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.The use of a liquid phase oxidation catalyst provides the necessary degree of purification of the gas stream from toxic components. To do this, in order to maintain the granular catalyst in the annular channel in dynamics and in static conditions, the swirler blades are installed at an angle of 10-25 ^o with a gap between the blade channels less than the diameter of the catalyst grains. At the same time, the specified angle of installation of the blades and their geometric shape dramatically reduce the wear of the catalyst granules.

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. Figure 1 presents the proposed apparatus. The device consists of a cylindrical body 1, an inlet pipe 2, an outlet pipe 3, a droplet eliminator 4, a chamber 5, a reflector 6, a blade swirl 7, pressure nozzles 8, a manifold 9, a water seal 10. A drain pipe 11 is installed inside the chamber 5. a system of holes 12 for draining the pulp, and the chamber ends with a pipe 13, from which the irrigation liquid can be taken for recirculation. Figure 2 presents a top view of a two-crowned scapular channel formed between the housing 1 and the chamber 5. Here are shown the tangentially mounted pressure nozzles 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. The device operates as follows. The flow of the cleaned dusty gas through the inlet pipe 2 enters tangentially into the apparatus 1 and, twisting around the bottom of the chamber 5, enters into the interscapular channels of the swirl 7. The angle of elevation of the spiral motion of the gas stream is calculated so that the flow inlet into the interscapular channels is made with a minimum rotation of the jets . Through the pressure nozzle 8, above the blades of the swirler 7, irrigation water is supplied in the form of high-speed jets of liquid. In this case, the direction of swirling the gas flow by the blades of the swirl coincides with the direction of the liquid jets from the pressure nozzles, which ensures a high speed of rotation of the gas-liquid flow in the annular channel.

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.Using a reflector in the annular scapular channel, a rapidly rotating toroidal gas-liquid current is generated with a spiral motion of a sufficiently large volume. Previously, the calculated amount of granular liquid-phase oxidation catalyst is loaded into the scapular canal. In the steady state, the central part of the torroidal stream is filled with foam, then, under the action of centrifugal forces, a layer of liquid with catalyst granules is located, and trapped ash is concentrated on the periphery in the liquid layer. This flow structure provides maximum mass transfer and efficient dust collection, and also provides a predetermined gas-catalyst contact time for the oxidation of dissolved SO ₂ and sulfites to sulfates, sulfuric acid and nitric acid formed from higher nitrogen oxides.

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. The formed acids here are neutralized by the alkaline components of the ash and removed from the annular channel, as soon as the outer layer with the maximum ash content reaches the level of the drain holes 12 in the chamber 5. Then, the pulp is discharged through the hydraulic lock 10 into the hydraulic ash removal system (GDU). In the absence of the GZU system, the pulp through the drain pipe 11 and the pipe 13 can be sent to the sump with the reuse of clarified irrigation fluid. This is especially convenient if the trapped dust is a valuable product to be disposed of.

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. The purified gases exit through the gap between the chamber 5 and the annular guiding apparatus 6, pass the drip tray 4, and then through the outlet pipe 3 go to the exhaust fan and then to the chimney.

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.Unlike the prototype, the gas velocity in the interscapular channels of the swirl excludes the possibility of countercurrent movement of the pulp. Practically the “dry” movement of dust and gas jets in the interscapular channels with the removal of all ash flow inside the toroidal rotating stream is used. This allows the introduction of a granular catalyst into the gas-liquid torus. If the granular catalyst was introduced into the apparatus proposed by the prototype, with a rotating flow with full flow of pulp through the interscapular channels, the catalyst granules would either be removed from the apparatus or the interscapular channels would be blocked when the catalyst granule sizes exceeded the blade gap, and the apparatus ceased would function. At the same time, this organization of the process allows you to install the blades of the swirl at small angles (10-25 ^o ) to the plane of the swirl. This leads to a decrease in the hydraulic resistance of the apparatus due to the conversion of the dynamic pressure of the liquid jets into a static pressure. On the other hand, the inclined blades of the swirler minimize their contact with the rotating granules of the catalyst and reduce its mechanical wear.

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. Typically, the width of the interscapular channels and the size of the drain holes in the chamber 5 is made smaller than the diameter of the catalyst grains. Thus, when the unit stops, the catalyst remains in the scapula, and the apparatus is always ready for a new start.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 874138, кл. В 01 D 53/04, 1981.Sources of information
1. USSR author's certificate 874138, cl. B 01 D 53/04, 1981.

2. Патент РФ 2132220, С 16 В 01 D 47/04, 1999. 2. RF patent 2132220, C 16 V 01 D 47/04, 1999.

3. Справочник по пыле- и золоулавливанию. - Под общ. редакцией Русанова А.А. - М.: Энергия, 1976. - 296 с. 3. A guide to dust and ash collection. - Under the general. Edited by A. Rusanov - M .: Energy, 1976 .-- 296 p.

Claims

1. Apparatus for cleaning gases, consisting of a cylindrical body, inlet and outlet nozzles, a droplet eliminator, a water trap, a blade swirl and a reflector, characterized in that a chamber is placed inside the body, forming an annular channel with a body, a blade swirl and a reflector, inside which there is a tangential installed pressure nozzles with which the pressure of the irrigation liquid is converted into the movement of a gas-liquid mixture, and a predetermined amount of a granular liquid-phase oxidation catalyst.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the volume of the granular catalytic layer is 0.4-0.6 geometric volume of the annular channel.

3. The apparatus according to claim 1, characterized in that the blades of the swirler are installed at an angle of 10-25 ° and with a width of interscapular channels less than the diameter of the grains of the catalyst.