RU2490055C1

RU2490055C1 - Wet scrubber

Info

Publication number: RU2490055C1
Application number: RU2012113366/05A
Authority: RU
Inventors: Борис Алексеевич Зимин
Original assignee: Борис Алексеевич Зимин
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2013-08-20

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to wet cleaning of gases of dusty product in drying in stray driers and to cleaning off-gases of steam-boilers and furnaces in power engineering and metallurgy. Scrubber has cylindrical housing, gas feed tangential pipe, top cover with offgas discharge pipe, working fluid feed pipe with nozzles to feed fluid to housing inner side walls, and waste fluid discharge cone. Proposed scrubber differs from known designs in that gas feed tangential pipe is connected to housing at its top part. Besides, lateral openings are arranged at housing bottom to discharge swirling flow of gases and fluid. Note here that scrubber bottom part is fitted in separation cyclone with offgas discharge pipe extending through housing center to cover housing bottom by its bottom divergent section. Note also that waste fluid discharge cone is located at separation cyclone bottom. Besides, extra nozzles are arranged at housing top section to feed fluid to housing annular space and offgas discharge pipe outer wall.

EFFECT: decreased specific metal content, higher efficiency of heat transfer from gases to fluid.

2 dwg

Description

Изобретение может быть использовано при сушке взрывоопасного и таксического продукта в распылительных сушилках с замкнутым контуром сушильного агента в химической, микробиологической промышленностях (например, при сушке формальдегида в химической промышленности, гаприна, паприна - в микробиологической промышленности). Кроме того, изобретение может быть использовано в металлургической промышленности для улавливания (абсорбции) сернистых газов из уходящих дымовых газов металлургических печей и конверторов и производства серной кислоты из этих газов. Может быть использовано в качестве мокрого скруббера для улавливания золы из уходящих газов паровых котлов в энергетике.The invention can be used for drying explosive and taxi products in spray dryers with a closed loop drying agent in the chemical and microbiological industries (for example, when drying formaldehyde in the chemical industry, haprin, paprine - in the microbiological industry). In addition, the invention can be used in the metallurgical industry for trapping (absorption) of sulfur dioxide from flue gases of metallurgical furnaces and converters and the production of sulfuric acid from these gases. It can be used as a wet scrubber for collecting ash from flue gases of steam boilers in the energy sector.

Мокрую очистку газов от частиц пыли осуществляют в мокрых скрубберах за счет непосредственного контакта газов с жидкостью, которую диспергируют на пути потока или распределяют в виде стекающей тонкой пленки. Используется так же принцип действия инерционных сил при ударе газового потока о стенки, смоченные жидкостью, последняя поглощает взвешенные в нем частицы.Wet cleaning of gases from dust particles is carried out in wet scrubbers due to direct contact of gases with liquid, which is dispersed in the flow path or distributed in the form of a falling thin film. The principle of the action of inertial forces when a gas stream hits a wall wetted by a liquid is used, the latter absorbs particles suspended in it.

В распылительных сушилках применяются центробежные мокрые скрубберы конструкции ВТИ, в которых стенки скруббера орошаются водой по всей окружности при помощи сопел (Л.1, стр.258, рис 129): М.В. Лыков, Б.И. Леончик «Распылительные сушилки» Издательство «Машиностроение», Москва, 1966) и мокрые скрубберы, в которых жидкость распиливается с помощью механических форсунок грубого распыла (Л.1, стр.259-161, рис.130, 131).In spray dryers, centrifugal wet scrubbers of the VTI design are used, in which the walls of the scrubber are irrigated with water around the entire circumference using nozzles (L.1, p. 258, Fig. 129): M.V. Lykov, B.I. Leonchik “Spray Dryers” (Mashinostroenie Publishing House, Moscow, 1966) and wet scrubbers in which the liquid is sawn with the help of coarse atomizing nozzles (L.1, pp. 259-161, Fig. 130, 131).

В качестве прототипа выбран мокрый скруббер ВТИ (Л.1, стр.258 и Л.2, стр.337, рис.9-12: А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган «Процессы и аппараты химической технологии»).As a prototype, the VTI wet scrubber was selected (L.1, p. 258 and L.2, p. 337, Fig. 9-12: A.N. Planovsky, V.M. Ramm, S.Z. Kagan “Processes and chemical technology devices ”).

Известный мокрый скруббер ВТИ имеет цилиндрический корпус с тангенциальным патрубком подвода запыленных газов, верхнюю крышку с отводящим патрубком отработанных газов, с подводящим патрубком жидкости и подводящими соплами, обеспечивающими равномерное распределение жидкости по внутренней окружности корпуса, воронку для сбора и отвода отработанной жидкости и уловленной пыли с отводящим патрубком. Улавливание пыли достигается за счет центробежного эффекта запыленных газов, и соприкосновения вращающегося потока газов с мокрой стенкой скруббера.The well-known wet scrubber VTI has a cylindrical body with a tangential nozzle for supplying dusty gases, a top cover with an exhaust nozzle for exhaust gases, with an inlet nozzle for liquids and inlet nozzles providing a uniform distribution of fluid around the inner circumference of the body, a funnel for collecting and discharging waste fluid and dust collected from outlet pipe. Dust collection is achieved due to the centrifugal effect of dusty gases, and the contact of the rotating gas stream with the wet wall of the scrubber.

Этот скруббер имеет степень очистки 98%. Этого недостаточно. Газы, содержащие токсичные и ядовитые продукты не должны содержать и одного процента продукта. Кроме того «этот скруббер не пригоден как теплоиспользующий аппарат» (Л.1, стр.259). У него недостаточная поверхность контакта жидкости и газов. Этот скруббер нельзя применить в замкнутой системе сушки токсичного взрывоопасного продукта, когда отработанные газы, насыщенные влагой, охлаждают в мокром скруббере до 50°C и ниже и освобождают от излишней влаги за счет конденсации испаренной влаги, и повторно направляют в распылительную сушилку после нагрева их в калорифере.This scrubber has a purity of 98%. This is not enough. Gases containing toxic and toxic products should not contain even one percent of the product. In addition, “this scrubber is not suitable as a heat-using apparatus” (L.1, p. 259). He has an insufficient contact surface of liquid and gases. This scrubber cannot be used in a closed system for drying a toxic explosive product, when the exhaust gases saturated with moisture are cooled in a wet scrubber to 50 ° C and below and are freed from excessive moisture by condensation of the evaporated moisture, and sent to a spray dryer after heating them to heater.

Целью настоящего изобретения является создание универсального мокрого скруббера, способного не только улавливать содержащуюся в газах пыль, но и обеспечивать, как можно более полную, конденсацию водяных паров, содержащихся в газах, или обеспечивать десорбцию отдельных компонентов, содержащихся в газах при помощи жидкости - абсорбента, а так же уменьшение удельной металлоемкости скруббера и повышение эффективности передачи тепла от газов к жидкости.The aim of the present invention is to provide a universal wet scrubber that can not only capture the dust contained in the gases, but also provide as complete as possible the condensation of water vapor contained in the gases, or to ensure the desorption of the individual components contained in the gases using an absorbent liquid, as well as reducing the specific metal consumption of the scrubber and increasing the efficiency of heat transfer from gases to liquids.

Указанная цель достигается тем, что в известном скруббере ВТИ, содержащем цилиндрический корпус, тангенциальный патрубок подвода газов, верхнюю крышку с отводящим патрубком обработанных газов, подводящий патрубок рабочей жидкости с соплами, подающими жидкость на внутренние боковые стенки корпуса, отводящую воронку (конус) отработанной жидкости с отводящим патрубком (после контакта с газами), тангенциальный патрубок подвода газов присоединен к корпусу в верхней его части, а в нижней части корпуса имеются боковые отверстия (окна) для выхода вращающегося потока газов и жидкости, причем эта нижняя часть корпуса скруббера помещена в циклон-сераратор, имеющий отводящую трубу отработанных газов, проходящую через центральную часть корпуса (по оси) и перекрывающую своей нижней расширенной частью (раструбом) нижнюю часть корпуса (ниже отверстий), а отводящая воронка (конус) отработанной жидкости находится в нижней части циклона-сепаратора. Кроме этого, в верхней части корпуса установлены дополнительные сопла, подающие жидкость в кольцевое пространство между стенкой корпуса и отводящей трубой отработанных газов, находящейся внутри корпуса и на наружную стенку этой отводящей трубы.This goal is achieved by the fact that in the known VTI scrubber containing a cylindrical body, a tangential gas supply pipe, a top cover with a processed gas discharge pipe, a working fluid supply pipe with nozzles supplying liquid to the inner side walls of the housing, a discharge funnel (cone) of the spent liquid with a discharge pipe (after contact with gases), a tangential gas pipe is connected to the housing in its upper part, and in the lower part of the housing there are side openings (windows) for exiting and a rotating flow of gases and liquids, and this lower part of the scrubber casing is placed in a cyclone-separator having an exhaust gas pipe passing through the central part of the casing (along the axis) and covering the lower part of the casing with its lower expanded part (bell) (below the holes) and the discharge funnel (cone) of the spent liquid is located in the lower part of the cyclone-separator. In addition, additional nozzles are installed in the upper part of the casing, which supply liquid to the annular space between the casing wall and the exhaust pipe located inside the casing and onto the outer wall of this exhaust pipe.

На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемого мокрого скруббера;Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed wet scrubber;

На фиг.2 - схема использования скруббера в замкнутой системе распылительной сушки формальдегида в качестве улавливателя остатков продукта и в качестве конденсатора водяных паров сушильного агента (формальдегид -продукт взрывоопасный и токсичный, выброс которого в атмосферу недопустим).Figure 2 - diagram of the use of a scrubber in a closed system for spray drying of formaldehyde as a trap of product residues and as a condenser of water vapor of a drying agent (formaldehyde is an explosive and toxic product, the emission of which into the atmosphere is unacceptable).

Мокрый скруббер - конденсатор водяных паров, абсорбер-десорбер (фиг.1) имеет цилиндрический корпус 1 с верхней крышкой 2, с тангенциальным патрубком подвода газов 3. В нижней части корпуса 1 имеются окна 4 для выхода вращающегося потока газов и струй воды. В середине корпуса может быть установлена кольцевая перегородка (шайба) 5 (ее установка необязательна). Нижняя часть корпуса 1 помещена в циклон-сепаратор, имеющий цилиндрическую часть 6, верхнюю кольцевую крышку 7, воронку 8 с патрубком 9 отвода отработанной воды с уловленной пылью, трубопровод 10 отвода отработанного газа из скруббера через корпус 1 по оси скруббера. Нижняя часть трубы 10 имеет раструб 16, перекрывающий сечение корпуса 1 в нижней части. Имеется подводящий трубопровод жидкости 11, распределительные коллекторы жидкости 12 и 13, через которые к соплам 14 (сопла для орошения внутренней стенки корпуса 1) и к соплам 15 (сопла для орошения трубы 10).Wet scrubber is a water vapor condenser, the absorber-desorber (Fig. 1) has a cylindrical body 1 with a top cover 2, with a tangential gas supply pipe 3. In the lower part of the body 1 there are windows 4 for the exit of a rotating stream of gases and water jets. An annular partition (washer) 5 can be installed in the middle of the housing (its installation is optional). The lower part of the housing 1 is placed in a cyclone separator having a cylindrical part 6, an upper annular cover 7, a funnel 8 with a pipe 9 for discharging waste water with trapped dust, a pipe 10 for discharging exhaust gas from the scrubber through the body 1 along the axis of the scrubber. The lower part of the pipe 10 has a bell 16, overlapping a section of the housing 1 in the lower part. There is a fluid supply pipe 11, liquid distribution manifolds 12 and 13 through which to nozzles 14 (nozzles for irrigation of the inner wall of the housing 1) and nozzles 15 (nozzles for irrigation of pipe 10).

В общем виде работа мокрого скруббера осуществляется следующим образом. Запыленные газы попадают внутрь корпуса 1 (в кольцевое пространство между корпусом 1 и трубой 10) через тангенциальный патрубок 3 и приобретают вращательное движение с общим направлением сверху вниз. По трубопроводу 11 через коллектор 13, через сопла 15 в кольцевое пространство между корпусом 1 и трубой 10 попадает жидкость (например, вода). Крупные капли воды попадают на трубу 10 и смачивают ее, а мелкие подхватываются потом газов. Кроме этого вращающийся поток газов срывает часть жидкости с трубы 10, диспергирует ее на мелкие капли и частично переносит на стенку корпуса 1. Через сопла 14 жидкость поступает на стенку корпуса 1. В окнах 4. Газы проходят через струи воды, контактируя с ними и диспергируя их на мелкие капли. В циклоне 6 происходит сепарация капель воды от газов. Жидкость, загрязненная уловленной пылью, стекает по стенкам в воронку 8 и через гидрозатвор удаляется. Отработанные, охлажденные газы попадают в трубу 10 и удаляются из скруббера.In General, the work of a wet scrubber is as follows. Dusty gases enter the housing 1 (in the annular space between the housing 1 and the pipe 10) through the tangential pipe 3 and acquire a rotational movement with a common direction from top to bottom. Through the pipe 11 through the manifold 13, through the nozzle 15 into the annular space between the housing 1 and the pipe 10, liquid (for example, water) enters. Large drops of water fall on the pipe 10 and moisten it, and small ones are then taken up by the gases. In addition, a rotating gas stream breaks off part of the liquid from the pipe 10, disperses it into small droplets and partially transfers it to the wall of the housing 1. Through nozzles 14, the liquid enters the wall of the housing 1. In the windows 4. Gases pass through water jets, contacting and dispersing them them into small drops. In cyclone 6, water drops are separated from gases. A liquid contaminated with trapped dust flows down the walls to a funnel 8 and is removed through a water trap. Waste, cooled gases enter the pipe 10 and are removed from the scrubber.

Работа установки по сушке формальдегида в распылительной сушилке, с использованием мокрого скруббера для улавливания остатков пылеобразного продукта и для конденсации водяных паров из сушильного агента показана на фиг.2. В распылительную сушилку 17 подается сушильный агент, нагретый до 140°C в калорифере 18. Суспензия (жидкий раствор формальдегида) и сжатый воздух от компрессора и сушильный агент подаются через диспергирующее устройство 19. Сжатый воздух диспергирует суспензию на мелкие капли в распылительной форсунке. Сушильный агент подхватывает капли суспензии и выносит их в сушильную камеру. Каждая капля суспензии высыхает, и поступает в конус сушилки, и далее высушенный продукт - в крафт-мешки 20, через питатели 21. Сушильный агент, охлажденный в сушильной камере до 90-100°C, с частью высушенного продукта поступает из сушильной камеры в пылеулавливающий циклон 22. В циклоне 22 от сушильного агента отделяется пылевидный продукт, не уловленный в сушильной камере, и попадает в крафт-мешок 20а, а сушильный агент, со следами пылевидного продукта поступает в мокрый скруббер 23. Попадая в кольцевое пространство скруббера между корпусом 1 и трубой 10, сушильный агент приобретает вращательное движение. Туда же поступает вода из сопел 15. Крупные капли воды попадают на внешнюю сторону трубы 10, а мелкие капли перебрасываются сушильным агентом на стенку корпуса 1. Поток газов отрывает капли воды от поверхности трубы 10 и перебрасывает их на корпус 1. Из сопел 14 вода поступает на стенки корпуса 1. В нижней части корпуса 1 поток сушильного агента проходит через окна 4, пересекая при этом потоки жидкости, дробя струи на капли. Далее вращающийся газожидкостный поток поступает в циклон-сепаратом 6. Капли воды с уловленной пылью продукта стекают по стенке в воронку 8 и далее, через гидрозатвор, в емкость 24. Поверхность контакта сред (жидкости и газа) в настоящем скруббере увеличивается на порядок. Сушильный агент охлаждается в скруббере до температуры ниже точки росы (до 50-40°C). Выпадает конденсат, увеличивая количество жидкости. Из бака 24 конденсат отбирается насосом 25 и, через охладитель конденсата 26, направляется обратно в скруббер 23. Излишки конденсата отводятся по трубопроводу 27. Клапан 28 регулирует уровень конденсата в емкости 24. В газоход сушилького агента вводится азот по трубопроводу 29 (содержание кислорода в сушильном агенте контролируется кислородомером, и не должно превышать допустимой величины). Движение сушильного агента по замкнутому контуру осуществляют два дутьевых вентилятора 30 и 30a.The operation of the installation for drying formaldehyde in a spray dryer using a wet scrubber to trap the remnants of a dusty product and to condense water vapor from the drying agent is shown in FIG. 2. A drying agent 17 is heated to a spray dryer 17 and heated to 140 ° C in the air heater 18. Suspension (liquid formaldehyde solution) and compressed air from the compressor and drying agent are supplied through a dispersing device 19. Compressed air disperses the suspension into small droplets in a spray nozzle. The drying agent picks up drops of the suspension and carries them into the drying chamber. Each drop of the suspension dries, and enters the dryer cone, and then the dried product is sent to kraft bags 20 through feeders 21. The drying agent, cooled in the drying chamber to 90-100 ° C, enters the dust collector with part of the dried product cyclone 22. In cyclone 22, a dusty product not trapped in the drying chamber is separated from the drying agent and enters the kraft bag 20a, and the drying agent, with traces of the dusty product, enters the wet scrubber 23. When it enters the annular space of the scrubber between the housing 1 and pipes 10 minutes, the drying agent acquires a rotational motion. Water flows from nozzles 15 there. Large drops of water fall on the outside of the pipe 10, and small drops are transferred by the drying agent to the wall of the housing 1. A gas stream tears off water drops from the surface of the pipe 10 and transfers them to the housing 1. Water flows from the nozzles 14 on the walls of the housing 1. In the lower part of the housing 1, the flow of the drying agent passes through the windows 4, intersecting the fluid flows, crushing the jets into droplets. Next, the rotating gas-liquid flow enters the cyclone-separator 6. Drops of water with the captured dust of the product flow down the wall into the funnel 8 and then through the hydraulic lock into the container 24. The contact surface of the media (liquid and gas) in this scrubber increases by an order of magnitude. The drying agent is cooled in a scrubber to a temperature below the dew point (up to 50-40 ° C). Condensation forms, increasing the amount of liquid. Condensate is drawn from tank 24 by pump 25 and, through a condensate cooler 26, is sent back to scrubber 23. Excess condensate is discharged through line 27. Valve 28 controls the level of condensate in tank 24. Nitrogen is introduced into the duct of the drying agent through line 29 (oxygen content in the dryer the agent is controlled by an oxygen meter, and should not exceed the permissible value). The movement of the drying agent in a closed loop is carried out by two blowing fans 30 and 30a.

Работа мокрого скруббера при производстве серной кислоты осуществляется следующим образом. Уходящие газы от металлургической печи или конвертера поступает в скруббер. Газы содержат сернистый ангидрид, который при соприкосновении с водой абсорбируется этой водой с образованием серной кислоты. Раствор серной кислоты сливается в бак (аналогичный баку 24 фиг.2) и насосом 25 подается обратно в скруббер. Концентрация серной кислоты повышается. При достижении определенной концентрации серной кислоты она отводится по трубе 27, а в бак 24 подливается вода.The work of a wet scrubber in the production of sulfuric acid is as follows. The flue gas from the metallurgical furnace or converter enters the scrubber. Gases contain sulfur dioxide, which, in contact with water, is absorbed by this water to form sulfuric acid. The sulfuric acid solution is discharged into the tank (similar to the tank 24 of FIG. 2) and pump 25 is fed back to the scrubber. The concentration of sulfuric acid rises. When a certain concentration of sulfuric acid is reached, it is discharged through a pipe 27, and water is poured into the tank 24.

Увеличение поверхности контакта жидкой и газообразной сред в скруббере за счет орошения центральной трубы, проходящей по оси корпуса, за счет разбрызгивания жидкости в кольцевом пространстве между корпусом 1 и трубой 10, за счет контакта газов с жидкостью и диспергирования жидкости при прохождении через окна 4, за счет контакта вращающегося газа с мокрой поверхностью стенок циклона-сепаратора, увеличивает на порядок (против скруббера ВТИ) поверхность контакта сред. Это увеличивает эффективность работы скруббера. Позволяет не только улавливать пыль, содержащуюся в газах, но и охлаждать газы до температуры ниже температуры точки росы, то есть конденсировать водяные пары, содержащиеся в газах. Удельная металлоемкость такого скруббера значительно меньше, чем скруббера ВТИ.The increase in the contact surface of the liquid and gaseous media in the scrubber due to the irrigation of the central pipe passing along the axis of the casing, due to the spray of liquid in the annular space between the casing 1 and the pipe 10, due to the contact of gases with the liquid and dispersion of the liquid when passing through the windows 4, for due to the contact of the rotating gas with the wet surface of the walls of the cyclone-separator, it increases by an order of magnitude (against the VTI scrubber) the contact surface of the media. This increases the efficiency of the scrubber. It allows not only to capture the dust contained in the gases, but also to cool the gases to a temperature below the dew point temperature, that is, to condense water vapor contained in the gases. The specific metal consumption of such a scrubber is much less than the VTI scrubber.

Claims

A device that acts as a wet scrubber, a water vapor condenser, an absorber, a stripper, comprising a cylindrical body with a tangential gas supply pipe, with a top cover, with an exhaust gas pipe, with a liquid inlet pipe and inlet nozzles that ensure uniform distribution of liquid around the inner circumference of the housing , with a funnel for collecting and discharging waste fluid and trapped dust with a discharge nozzle of the spent fluid, characterized in that the tangential nozzle the gas duct is connected to the casing in its upper part, and in the lower part of the casing there are side openings for the exit of a rotating flow of gases and liquids, and this lower part of the scrubber casing is placed in a cyclone separator having an exhaust gas pipe passing through the central part of the casing and the lower part of the casing overlapping with its lower expanded part, and the discharge funnel of the spent liquid is in the lower part of the cyclone-separator, in addition, additional nozzles are installed in the upper part of the casing, supplying liquid to the annular space of the housing and to the outer wall of the exhaust pipe, passing through the housing.