SK151796A3 - Improved separator of entrained liquid for high velocity gases and reheating of scrubber gases - Google Patents

Description

Zdokonalený odlučovač unášanej kvapaliny pre plyny s vysokými rýchlosťami a opätovné ohrievanie vyčistených plynov

Oblasť techniky

Vynález sa týka zdokonalení v oddeľovaní kvapôčiek kvapaliny z prúdov plynu s vysokou účinnosťou a spoľahlivosťou, ktoré vo výhodnej forme umožňujú odstránenie oxidov síry (SO_X) z produktov spaľovania. Vynález sa dá hlavne aplikovať a je užitočný pri systémoch mokrého čistenia na báze vápenca, ktoré využívajú protiprúdové kontaktné otvorené sprchové kolóny na absorpciu SO_X z dymových plynov, a zvlášť pri otvorených sprchových kolónach, ktoré pracujú s veľmi vysokými povrchovými rýchlosťami plynu pre zvýšenie účinnosti styku.

Doterajší stav techniky

Rad priemyselných procesov je založený na styku prúdu plynu pri vysokej rýchlosti s kvapôčkami kvapaliny a potom na oddelení plynu od kvapaliny. Patria k nim rôzne vypieracie procesy, ako napríklad procesy využívané na odstránenie oxidov síry z produktov spaľovania.

Spaľovaním materiálov obsahujúcich síru (napr. palivá ako vykurovací olej alebo uhlie) vznikajú rozličné oxidy síry, ktoré sa ako skupina označujú SO_X. Predpisy požadujú zníženie emisií SO_X. Jednou z účinných metód pre spracovanie produktov spaľovania za účelom odstránenia SO_X je mokré čistenie na báze vápenca. Technológia mokrého čistenia na báze vápenca je dobre prepracovaná a účinná; sú však pre ňu potrebné veľmi veľké zariadenia a náklady sú tomu úmerné. Bolo by žiadúce, keby sa mohli použiť vysoké rýchlosti plynu pre rad dôvodov, ktoré sú vysvetlené v spoločne prejednávanej a spoločne postúpenej prihláške vynálezu USA S.N. 08/257,160 podanej menom G.E. Bresowara, J. Klingspora a E. Bakkeho 9. júna 1994 (číslo jednacie patentového zástupcu 1930-P0004).

Nanešťastie, použitie vysokých rýchlostí plynu v protiprúdových zariadeniach pre styk plynu s kvapalinou, ako sú otvorené sprchové kolóny, spôsobuje ťažkosti pri odstraňovaní unášaných kvapôčiek kvapaliny a zväčšuje problémy spojené s udržiavaním čistoty zariadení pre odstraňovanie hmly a s kvapôčkami narážajúcimi na steny práčky, stropy a iné zariadenia. Zanesené odstraňovače hmly v týchto procesoch majú tendenciu upchávať sa, pretože znečisťujúca kvapalina je presýtená síranom vápenatým. Steny, stropy a iné zariadenia pokryté usadeninami môžu zvýšiť pokles tlaku v zariadení a môže periodicky spôsobovať odpadávanie usadených tuhých látok vo veľkých kusoch a poškodenie iných dôležitých prevádzkových zariadení, ako sú sprchové privádzače, dýzy, vystuženie a tak ďalej. Navyše takéto odpadnuté tuhé látky sa môžu dostať do prevádzkovej kvapaliny alebo suspenzie a spôsobiť upchatie dýz, a tak prispieť k zníženiu spoľahlivosti systému. Bolo by žiadúce mať zdokonalené zariadenie na odstraňovanie unášaných kvapôčiek kvapaliny (napr. vypieracích suspenzií) z rýchlo sa pohybujúcich prúdov plynu (napr. z produktov spaľovania).

K tomu, aby mali odlučovače unášanej kvapaliny požadovanú účinnosť, musia spôsobiť, že kvapôčky kvapaliny narážajú na jeden alebo viac povrchov, aby sa kvapky kvapaliny oddelili z plynu. Z povrchov sa musí kvapalina ľahko odstraňovať a musia sa dať ľahko omývať. Nesmú tiež významne prispievať k opätovnému unášaniu kvapaliny. V mnohých situáciách je výhodné použiť vertikálne nasmerované odstraňovače hmly, ale tieto nie sú praktické, ak to znamená, že prúd plynu sa musí odkloniť od zvislého smeru stykom so stenami priechodu.

Bolo by žiadúce zdokonaliť mokré čistenie a iné technológie, ktoré závisia na styku plynu s kvapalinou, s odstraňovaním unášanej kvapaliny z dymového plynu tým, že sa umožní účinnejšie odstránenie unášaných kvapôčiek kvapaliny s vysokým výkonom, nízkym poklesom tlaku a malým sklonom ku spekaniu alebo usadzovaniu tuhých látok prítomných v kvapaline.

Systémy typu otvorených kolón s jednoduchým cyklom využívajúce uhličitan vápenatý na reakciu s SO_X majú najjednoduchšiu konštrukciu a prevádzku. Tieto systémy sa často uprednostňujú, pretože pracujú s nízkym poklesom tlaku a sú málo náchylné na upchatie a tvorbu usadenín. Výhody vyplývajúce z ich jednoduchosti a spoľahlivosti sú však v niektorých situáciách vyvážené ich veľkými rozmermi, ktoré súvisia s reaktivitou použitých suspenzií uhličitanu vápenatého. Napríklad, pretože sa v nich na zlepšenie kontaktu medzi spalinami a vypieracou kvapalinou nepoužívajú žiadne priehradky ani náplň, výšky kolón sú bežne veľké a na dosiahnutie dobrého kontaktu sa musí použiť veľa úrovní sprchových dýz. Okrem toho schopnosť vypieracej kvapaliny absorbovať S0_x závisí od využiteľnej alkality kvapaliny, avšak rozpustnosť uhličitanu vápenatého sa s alkalitou znižuje - a znova, navrhujú sa vysoké kolóny, aby sa uľahčila dobrá absorpcia SO_X aj v podmienkach veľkého zaťaženia.

Bolo by žiadúce zdokonaliť mokré čistenie v otvorenej kolóne s jednoduchým cyklom využívajúce uhličitan vápenatý pre čistenie produktov spaľovania obsahujúcich SO_X zvýšením lineárnej rýchlosti prúdenia spalín nahor cez kolónu a zmenšením výšky kolóny, čím sa znížia požiadavky na priestor pre ňu a získa sa ďalšia výhoda v tom, že sa uľahčí použitie vertikálne nasmerovaného rotačného tepelného výmenníka typu plyn - plyn.

Technológia mokrého čistenia produktov spaľovania na odstránenie SO_X využíva styk plynu s kvapalinou v niekoľkých rozličných usporiadaniach. K najdôležitejším patria otvorené protiprúdové sprchové kolóny a kolóny, ktoré používajú náplne alebo priehradky. Vo veľkej väčšine týchto konštrukcií prúdi plyn zvisle nahor a kvapalina prúdi nadol vplyvom gravitácie. Navrhlo sa použitie rozličných reagencií, avšak najvýhodnejšie sú tie, ktoré sa dajú kúpiť za nízku cenu a skladovať a dopravovať s minimálnymi nárokmi na zvláštne zaobchádzanie. Uhličitan vápenatý (komerčne dostupný v množstve foriem, ktoré zahrňujú aj vápenec) je tým vhodným s

materiálom, pretože splna uvedené kritériá a keď sa vhodne upraví, vzniknú vedľajšie produkty, ktorých sa dá ľahko zbaviť uložením do zeme alebo ich možno predať ako sadrovec.

Konštrukciu a činnosť protiprúdových sprchových kolón s jednoduchým cyklom využívajúcich vápenec diskutujú Rader a Bakke v práci Zahrnutie skúsenosti z prevádzky do zdokonalených konštrukcií vápencového mokrého odsírenia dymových plynov (Incorporating Full-Scale Experience Into Advanced Limestone Wet FGD Designs) uvedenej na Fóre IGCI 12. septembra 1991 vo Washingtone, D.C. Otvorené sprchové kolóny (t.j. tie, ktoré nemajú náplne, priehradky alebo iné prostriedky na uľahčenie kontaktu medzi plynom a kvapalinou) majú jednoduchú konštrukciu a vysokú spoľahlivosť pre odstránenie síry z dymového plynu (FGD). Autori podrobne nerozoberajú odlučovače unášanej kvapaliny, ale uvádzajú dvojstupňový odstraňovač hmly a popisujú vrchné a spodné oplachovanie.

Podrobne sa bežnými a komerčne dostupnými odstraňovačmi hmly zaoberajú Jones, Mclntush, Lundeen, Rhudy a Bowen v práci Návrh systémov pre odstraňovanie hmly a špecifikácia pre

FGD systémy (Mist Elimination Design and Speciflcatíon for FGD Systems) zverejnenej 26. augusta 1993 na Sympóziu pre kontrolu S0₂ 1993 (1993 SO₂ Control Symposium) v Bostone, MA. Na základe rozsiahlych skúšok na zvláštnom skúšobnom zariadení autori ukazujú, že vysoké rýchlosti plynu zvisle nahor (t.j. tie, ktoré sú väčšie asi ako 4,5 metra za sekundu) v sprchovej zóne sa len ťažko dajú účinne zbaviť hmly kvôli javu nazývanému prerazenie. K prerazeniu dochádza, keď je odstraňovač hmly silne zahltený kvapalinou kvôli jej nedostatočnému odstraňovaniu. U rôznych odstraňovačov hmly dochádza k tomuto prerazeniu pri rozličných rýchlostiach plynu, v závislosti od nedokonalostí jednotlivých konštrukcií. Vo všeobecnosti však žiadny odstraňovač hmly nepracuje uspokojivo pri vertikálnom prúdení vzduchu nahor nad 4,5 metra za sekundu a pri všetkých je riziko, že dôjde k prerazeniu.

Bolo by žiadúce poskytnúť odstraňovač hmly, ktorý je účinný aj pri rýchlostiach plynu vyšších ako 4,5 metra za sekundu, ktorý popísali Rader a Bakke. Jeden veľký dodávateľ systémov na odsírenie dymových plynov s vertikálnym prúdením založených na vápenci má konštrukciu odstraňovača hmly, pre ktorú bolo overené, že je vhodná pre rýchlosti plynov v sprchovej zóne väčšie ako 4,5 metra za sekundu. Konštrukcia je najtypickejšie popísaná systémom pre odstraňovanie hmly v. elektrárni N.V. Provinciale Zeeuwse Energie-Maatschappij's Borsselle, jednotka 12, ktorá je Holandsku, popísaná celkom uspokojivo Rosenbergom a Kochom v správe Battellovej skupiny koordinačného centra pre kontrolu emisií komínových plynov (Battelle's Stack Gas Emissions Control Coordination Center Group) z 10. júla 1989. Konštrukcia je založená na odstraňovači hmly s horizontálnym prúdením nasmerovanom po obvode okolo a nad sprchovou zónou s vertikálnym prúdením. Unášaná suspenzia zo sprchovej zo sprchovej zóny sa musí pohybovať nahor, potom urobiť radiálny obrat smerom von, aby prešla odstraňovačom hmly. Odstraňovač hmly pracuje pri povrchovej rýchlosti plynu oveľa menšej ako je rýchlosť v sprchovej zóne kolóny, v skutočnosti menšej ako 20 % rýchlosti plynu v sprchovej zóne. Ďalej, vrchné časti odstraňovača hmly sú nedostatočne využité, kým cez spodné časti, ktoré sú najbližšie k sprchovej zóne, prechádza väčšina dymového plynu a unášanej suspenzie. Postavenie a údržba takej jednotky, ako je v Borsselle, je drahá. Ak by konštrukcia z Borsselle bola nižšia, čím by sa znížila cena, potom by sa mohlo a malo očakávať, že budú vznikať silné usadeniny na strope, pretože budú naň narážať vertikálne prúdiace kvapôčky zo sprchovej zóny, ktoré nezatočili do odstraňovača hmly. Takže kým sa bežne uznáva a je bežnou praxou používať v zariadeniach na odsírenie dymových plynov-na báze vápenca odstraňovače hmly s horizontálnym prúdením pri rýchlostiach 4,5 až 6,0 metrov za sekundu, konštrukcia z Borsselle nemôže byť v prevádzke za takýchto podmienok, pretože je riziko vzniku stropných usadenín.

Narážanie kvapôčiek suspenzie na povrchy pred a za odstraňovačom hmly v systémoch na odsírenie dymových plynov používajúcich vápenec je nežiaduce. Kvapôčky, ktoré sa po náraze neuvoľnili ako kvapky, t.j. nezmyli sa alebo nestiekli vlastnou váhou, tvoria usadeniny, pretože rozpustené ióny vápnika sa zrážajú absorbovaným siriČitanom oxidovaným na síran. Tieto usadeniny sadrovca majú tendenciu rásť na sebe značnou rýchlosťou, až kým mechanické sily alebo ich samotná váha spôsobí, že popraskajú. Je to veľmi nepriaznivá situácia, ktorá môže a už spôsobila vážne poškodenie vnútrajšku sprchových kolón a iných zariadení.

V doterajšom stave techniky sa neuvádzajú skutočnosti potrebné na vylepšenia v odstraňovaní kvapôčiek unášanej kvapaliny z prúdov plynu v FGD práčkach, ktoré sa pohybujú vertikálne s rýchlosťami viac než 4,5 metrov za sekundu bez objavenia sa problémov spomínaných vyššie.

V protiprúdových otvorených vypieracích kolónach s jednoduchým cyklom typu, ktorý diskutovali Rader a Bakke, prúdi vypieracia kvapalina s uhličitanom vápenatým smerom nadol, kým spaliny obsahujúce SO_X prúdia smerom nahor. Uvedení autori sumarizujú historické hodnoty pre množstvo parametrov, medzi ktorými je rýchlosť plynu v absorbéri (udávajúc minimálnu hodnotu 6 a maximálnu 15 stôp za sekundu, t.j. asi 2 až skoro 4,5 metrov za sekundu), čo naznačuje, že rýchlosť plynu v absorbéri má malý vplyv na pomer kvapalina-plyn (L/G), čo je kľúčový faktor investičných a prevádzkových nákladov. Výška sprchovej kontaktnej zóny v týchto kolónach sa neuvádza, ale bežné hodnoty sú rádové okolo 6 až 15 metrov, pričom táto výška sa historicky pokladá za dôležitý faktor pri návrhu účinného systému, u ktorého možno očakávať, že spoľahlivo odstráni najmenej 95 % SO_X z produktov spaľovania.

SO_X, hlavne SO2, sa absorbujú v zostupujúcej vypieracej suspenzii a zhromažďujú sa v reakčnej nádobe, kde sa tvorí siričitan vápenatý a síran vápenatý. Je vhodné, keď sa reakčná nádoba okysličuje, aby sa podporoval vznik síranu. Až kryštály síranu narastú na dostatočnú veľkosť, oddelia sa v reakčnej nádobe od suspenzie. Tieto vypieracie kolóny majú pomerne úspornú prevádzku, ale ich veľkosť a z toho vyplývajúca cena výrobnej jednotky môže byť faktorom, ktorý obmedzuje využiteľnosť práčok tohto typu v starších elektrárňach.

Je obvyklé využívať teplo prichádzajúceho dymového plynu na opätovné ohriatie odsírených dymových plynov po ich vypraní a pred ich vypustením komínom. Ak sa tak neurobí, bude vznikať viditeľný oblak a všetky zvyšné nežiadúce zložky nebudú stúpať nahor a nebudú sa rozptyľovať, ako sa to požaduje. Pri doteraz používaných, obvykle veľmi vysokých vypieracích kolónach sa často používajú rotačné výmenníky tepla typu plyn-plyn v horizontálnej polohe rotujúce okolo zvislej osi. Jednotka je umiestnená vo vhodnej polohe a potrubia sú uspôsobené tak, že vedú obidva prúdy plynu do výmenníka a z neho. Vodorovná orientácia vyžaduje značné množstvo potrubí spájajúcich ohrievač na opätovné ohriatie s vypieracou kolónou a kvôli korozívnosti plynov je zhotovenie a zmontovanie týchto potrubí dosť drahé.

V článku K. R. Hegemanna a kol. nazvanom B1SCH0FF0V POSTUP ODSÍRENIA DYMOVÝCH PLYNOV (prezentovanom na Prvom kombinovanom sympóziu o FGD a regulácii suchého SO2 sponzorovanom EPA a EPRI v dňoch 25.-28. októbra 1988) sa diskutuje vypieracia kolóna s horizontálne orientovaným rotačným ohrievačom s vertikálnym hriadeľom práve popísaného typu. Je zrejmé, že ohrievač umiestnený v takejto orientácii vyžaduje značné množstvo drahého prepojovacieho potrubia, čo súvisí s veľkou výškou vypieracej kolóny.

Článok Hegemanna a kol.. ďalej popisuje hydrocyklónový okruh oddeľujúci suspenziu sadrovca od mokrého vypieracieho média vo forme prúdov hrubozmnej tuhej látky a jemnozmnej tuhej látky, pričom prúd jemnozmnej tuhej látky sa vracia naspäť do práčky. V patente USA č. 5,215,672 popisuje Rogers a kol. postup, ktorý je podobný postupu Hegemanna a kol. v tom, že využíva hydrocyklón ako primáme odvodňovacie zariadenie. V tomto prípade sa po oddelení prúdu jemnozmnej tuhej látky od prúdu hrubozmnej tuhej látky bohatej na sadrovec odstráni voda z prúdu zahustenej jemnej frakcie, prinajmenšom spolu s časťou oddelenej jemnej frakcie. Žiadny z popisov týchto prístupov však nenaznačuje, ako sa môže hydrocyklón tohto typu využiť na zmenšenie výšky kolóny a umožnenie takej orientácie ohrievača, že zaberá menej miesta a vyžaduje menej prepájacieho potrubia.

V doterajšom stave techniky sa neuvádzajú fakty, ktoré sú potrebné na dosiahnutie zlepšení vo výške kolóny a v priestorových nárokoch na ohrievač v súvislosti s protiprúdovými vápencovými mokrými práčkami s jednoduchým cyklom typu otvorených kolón pre zníženie obsahu SO_X.

Podstata vynálezu

Predmetom vynálezu je zdokonalenie konštrukcie a umiestnenia odlučovačov unášanej kvapaliny namontovaných za odstraňovačom hmly s vodorovným prúdením v zariadeniach pre styk plynu s kvapalinou.

Ďalším predmetom vynálezu je zdokonalenie konštrukcie a umiestnenia odlučovačov unášanej kvapaliny v protiprúdových vápencových práčkach s jednoduchým cyklom typu otvorených kolón, aby sa dosiahlo účinné odstránenie unášaných kvapôčiek kvapaliny v plynoch pohybujúcich sa zvisle nahor s veľkou rýchlosťou.

Ešte ďalším predmetom vynálezu je zdokonalenie konštrukcie a umiestnenia odlučovačov unášanej kvapaliny v protiprúdových vápencových práčkach s jednoduchým cyklom typu otvorených kolón, aby sa dosiahlo účinné odstránenie unášaných kvapôčiek kvapaliny v plynoch pohybujúcich sa zvisle nahor s veľkou rýchlosťou a aby sa zmenil smer prúdenia mimo strop vypieracej kolóny.

Ešte ďalším špecifickým predmetom vynálezu je umožnenie zvýšenia kapacity a výkonu protiprúdových vápencových práčok s jednoduchým cyklom typu otvorených kolón zvýšením rýchlosti plynu prechádzajúceho cez ňu bez toho, aby nastali veľké poklesy tlaku pri odhmlení, nadmerné ukladanie usadenín na stenách práčky (zvlášť na strope), upchávanie odlučovača unášanej kvapaliny a upchatie alebo prerazenie kvapôčiek v odstraňovači hmly.

Ešte ďalším špecifickým predmetom vynálezu je umožnenie zvýšenia kapacity a výkonu protiprúdových vápencových práčok s jednoduchým cyklom typu otvorených kolón zvýšením rýchlosti plynu prechádzajúceho cez ňu tak, že sa stočí smer plynu na koncový odstraňovač hmly s horizontálnym prúdením a vytvorí sa relatívne rovnomerný rýchlostný profil pre plyn vstupujúci do koncového odstraňovača hmly.

Špecifickejším predmetom vynálezu je zmenšenie rozmerov a priestorových požiadaviek protiprúdových vápencových práčok s jednoduchým cyklom typu otvorených kolón pre odstránenie SO_X zo spalín a dosiahnutie zlepšenej účinnosti procesu.

Ďalším predmetom výhodného uskutočnenia vynálezu je zlepšenie činnosti protiprúdových vápencových práčok s jednoduchým cyklom typu otvorených kolón znížením potrebnej výšky sprchovej kontaktnej zóny v kolóne, zmenšením množstva spojovacieho potrubia potrebného pre konvenčné opätovné ohriatie plynu a celkovým zvýšením účinnosti procesu.

Tieto a ďalšie skutočnosti sa dosiahnu pomocou vynálezu, ktorý popisuje zdokonalené postupy aj zariadenie pre mokré čistenie, zvlášť pre vypieranie produktov spaľovania palív obsahujúcich síru, ako je uhlie alebo tuhý odpad.

Podľa jedného aspektu tento vynález zdokonaľuje proces mokrého čistenia pre zníženie koncentrácie SO_X v dymových plynoch, ktorý zahrňuje: vedenie prúdu dymového plynu nahor cez vypieraciu kolónu; privedenie rozprášených kvapôčiek vodnej suspenzie jemnozmného uhličitanu vápenatého, síranu vápenatého, siričitanu vápenatého a iných nereaktívnych tuhých látok do styku s dymovým plynom vo vertikálnom vypieracom oddieli, pričom suspenzia klesá cez kolónu protiprúdovo k prúdeniu dymového plynu a po styku sa zhromažďuje vo forme kvapaliny, zhromažďovanie suspenzie na dne reakčnej nádoby po styku s dymovým plynom; vedenie dymového plynu cez jednopriechodový odlučovač unášanej kvapaliny umiestnený nad a cez vertikálny vypierací oddiel v uhle, ktorý je vhodný na zníženie množstva kvapôčiek unášaných plynom a tiež na zmenu smeru prúdenia dymového plynu. Odlučovač unášanej kvapaliny je zvlášť účinný pri znížení množstva kvapôčiek o najmenej 40 % a tiež na obrátenie smeru prúdenia dymových plynovo najmenej 45° od vertikálnej osi kolóny. Dymový plyn potom prechádza cez dobre odvodnený odstraňovač hmly s horizontálnym prúdením zaradený za odlučovačom unášanej kvapaliny. Vo výhodnom praktickom uskutočnení protiprúdových vápencových práčok s jednoduchým cyklom typu otvorených kolón je objemová rýchlosť plynu vo vertikálnom vypieracom oddieli väčšia ako asi 4,5 metra za sekundu.

Je tiež výhodné, keď odlučovač unášanej kvapaliny je nasmerovaný vo vypieracej kolóne pod určitým uhlom voči horizontálnej rovine, ktorý je v rozmedzí približne od 10° približne do 45°, a spôsobuje výhodne nízky pokles tlaku menší asi ako 3,8 mm vodného stĺpca, ale zároveň odstraňuje najmenej 40 % kvapôčiek a spôsobí splynutie podstatnej časti zostávajúcich kvapôčiek do kvapiek väčšej veľkosti, ktoré sa ľahšie odstránia v nasledujúcom odstraňovači hmly s horizontálnym prúdením.

Odlučovač unášanej kvapaliny vo svojej výhodnej forme využíva jednopriechodové lišty odlučovača na zachytávanie kvapôčiek nárazom a na zmenu smeru plynu na taký, ktorý je najvhodnejší pre nasledujúce odstraňovanie hmly. Jednotlivé lišty sú uložené navzájom rovnobežne v každej z niekoľkých zostáv. Jednotlivé lišty sú nasmerované pod uhlom z rozsahu približne od 45° približne do 55° voči zvislému smeru. Obyčajne majú lišty tohto typu tvar rovnobežníka s menším rozmerom približne od 15 asi do 23 centimetrov a s väčším rozmerom asi od 60 asi do 150 centimetrov. Vzdialenosť medzi jednotlivými lištami bude obyčajne asi od 40 asi do 70 % z menšieho rozmeru jednotlivých líšt. Niekoľko zostáv jednotlivých líšt je výhodne nasmerovaných pod uhlom z rozsahu približne od 120° približne do 150° voči sebe navzájom, čím vzniká strieškovité usporiadanie. Je výhodné, keď sa lišty periodicky oplachujú rozstrekovaním omývacej vody priamo na lišty zhora aj zdola.

Podľa iného aspektu vynález poskytuje zdokonalený proces mokrého čistenia na zníženie koncentrácie SO_X v dymovom plyne, ktorý zahrňuje: (a) prenos tepla z dymového plynu obsahujúceho SO_X privedením uvedeného plynu cez prívod v spodnej časti vertikálne orientovaného rotačného výmenníka tepla s horizontálnym hriadeľom, pričom výmenník tepla má spodnú časť a hornú časť, každú s prívodom a vývodom plynu, a rotor pre výmenu tepla s vonkajším povrchom pre výmenu tepla a vodorovnou osou rotácie, ktorá umožňuje, aby sa povrch rotora pre výmenu tepla pohyboval vo zvislej rovine medzi homou a spodnou časťou; (b) nasmerovanie dymového plynu tak, aby prúdil nahor cez vypieraciu kolónu, ktorá má výšku sprchovej kontaktnej zóny menšiu ako 6 metrov; (c) privedenie rozprášených kvapôčiek vodnej suspenzie jemne rozdrveného uhličitanu vápenatého, síranu vápenatého, siríčitanu vápenatého a iných nereaktívnych tuhých látok tak, aby zostupovali cez kolónu protiprúdovo k prúdeniu dymového plynu, odstránili z dymového plynu SO_X a aby sa získal vyčistený dymový plyn; (d) okrem veľmi malej časti odstránenie všetkej unášanej vlhkosti z dymového plynu; a (e) nasmerovanie prúdenia dymového plynu z hornej časti kolóny cez hornú časť uvedeného výmenníka tepla, aby došlo k prenosu tepla z dymového plynu obsahujúceho SO_X na vyčistený dymový plyn.

Podľa ešte ďalšieho aspektu sa vynález týka zdokonaleného zariadenia na mokré čistenie pre zníženie koncentrácie SO_X v dymových plynoch, ktoré zahrňuje: (a) výmenník tepla so spodnou a homou časťou, pričom každá z nich má prívod a vývod plynu, a rotor na výmenu tepla s vonkajším povrchom pre výmenu tepla a s horizontálnou osou rotácie, ktorá umožňuje, aby sa povrch rotora na výmenu tepla pohyboval vo vertikálnej rovine medzi hornou a spodnou časťou; (b) vypieraciu kolónu pozostávajúcu z prívodného potrubia plynu, odvodného potrubia plynu a z vertikálneho vypieracieho oddielu, pričom sprchová kontaktná zóna má výšku menšiu ako 6 metrov; (c) zostavu sprchových zariadení umiestnených v uvedenom vypieracom oddieli prispôsobených pre privádzanie rozprášenej vodnej suspenzie jemnozmného uhličitanu vápenatého, síranu vápenatého, siričitanu vápenatého a nereaktívnych tuhých látok tak, aby klesala cez kolónu protiprúdovo k prúdeniu dymového plynu; (d) sadu jedného alebo viacerých odlučovačov unášanej kvapaliny a/alebo odstraňovačov hmly na temer úplné odstránenie unášanej vlhkosti z dymového plynu; a (e) potrubie na privedenie prúdu dymového plynu obsahujúceho SO_X cez prívod na dne uvedeného rotačného výmenníka tepla a von vývodom z tejto časti a na vedenie prúdu dymového plynu z vrchnej časti kolóny cez prívod v hornej časti uvedeného výmenníka tepla, aby došlo k prenosu tepla z dymového plynu obsahujúceho SO_X do vyčisteného dymového plynu, a von vývodom plynu z tejto časti.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude možné lepšie pochopiť a jeho výhody sa dajú lepšie posúdiť z nasledujúceho podrobného popisu, obzvlášť v spojení so sprievodnými obrázkami, z ktorých:

Obrázok 1 je schematický pohľad na výhodné praktické uskutočnenie procesu podľa tohto vynálezu, ktoré využíva protiprúdovú vápencovú mokrú práčku s jednoduchým cyklom typu otvorenej kolóny;

Obrázok 2 je perspektívny pohľad na odlučovač unášanej kvapaliny v sprchovej kolóne podľa obrázku 1;

Obrázok 3 je perspektívny pohľad na iné praktické uskutočnenie odlučovača unášanej kvapaliny podľa tohto vynálezu; a

Obrázok 4 je schéma výhodného praktického uskutočnenia procesu a zariadenia podľa tohto vynálezu, ktoré využíva protiprúdovú vápencovú mokrú práčku s jednoduchým cyklom typu otvorenej kolóny a vertikálne nasmerovaný rotačný výmenník tepla s horizontálnym hriadeľom.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Nasledujúci opis sa sústredí na výhodné praktické uskutočnenie podľa obrázku 1, čo je protiprúdová vápencová prevádzka mokrého čistenia s jednoduchým cyklom typu otvorenej kolóny na odstránenie oxidov síry, hlavne SO2, z produktov spaľovania. Z nasledujúceho opisu bude však zrejmé, že technológia podľa tohto vynálezu má využitie pri iných prevádzkach typu plyn-kvapalina a pri iných typoch práčok.

Výhodné usporiadanie procesu podľa obrázku 1 znázorňuje spaliny, napríklad z priemyselného alebo úžitkového kotla vykurovaného uhlím, ktoré vstupujú do práčky 100 prívodným potrubím 20. Plyn prúdi nahor cez vertikálny vypierací oddiel 110 v kolóne, protiprúdovo k rozstrekovanej vodnej suspenzii obsahujúcej jemnozmný vápenec, ktorá sa privádza zo série sprchových dýz 112 a 112'. Rozstrekovaná kvapalina vytvára v kolóne kvapôčky. Objemové rýchlosti plynu podľa vynálezu sú nad 4,5 a výhodne asi od 5 asi do 6 metrov za sekundu. Tieto rýchlosti plynu sa požadujú pre vápencovú práčku s jednoduchým cyklom typu otvorenej kolóny, pretože uľahčujú spracovanie dymových plynov s relatívne nižším množstvom vodnej suspenzie, napr. s nižšími pomermi L/G.

Vápenec je výhodnou formou uhličitanu vápenatého, ale ak sa to požaduje, môže sa nahradiť inou formou. Okrem vápenca sú inými formami uhličitanu vápenatého ulity ústric, aragonit, kalcit, krieda, mramor, slieň a travertín. Môže sa ťažiť alebo vyrábať. V tomto popise sa pojmy uhličitan vápenatý a vápenec používajú zameniteľné. Je výhodné, keď je vápenec jemnozmný, výhodne s váženou strednou veľkosťou častíc menšou ako približne 8 gm pri jeho dávkovaní.

Oxidy síry v spalinách sa absorbujú vo vodnej fáze suspenzie a reagujú s využiteľným vápnikom, v princípe za vzniku siričitanu vápenatého, ktorý sa potom môže oxidovať za vzniku síranu vápenatého. Reakcia prebieha do istej miery v padajúcich kvapôčkach, ale hlavne v reakčnej nádobe 120. v ktorej sa zhromažďuje suspenzia.

Vyčistený plyn prechádza cez odlučovač unášanej kvapaliny 130 podľa tohto vynálezu, kde sa odstráni podstatná časť unášaných kvapôčiek a kde prúd spalín zmení svoj smer. Objemový tok spalín sa zmení z vertikálneho na temer horizontálny. Toto má niekoľko výhod, medzi ktoré patrí zníženie narážania suspenzie do stropu 102 vypieracej kolóny. Je tiež dôležité, že umožňuje vysoké rýchlosti spalín s vysokou účinnosťou odhmlenia v podstate pri horizontálnom prúdení cez vertikálny odstraňovač hmly 140. Vysoké rýchlosti plynov vo vertikálnom vypieracom oddieli 110 majú ďalej tú výhodu, že lepšie fluidizujú kvapôčky vypieracej suspenzie, čím sa každej kvapôčke pri danej výške kolóny predĺži čas styku so spalinami. Vyčistený a odhmlený plyn sa môže vypúšťať potrubím 150.

Ak sa neurobia opatrenia v súlade s týmto vynálezom, pri vysokých rýchlostiach plynu požadovaných pre zlepšenie procesu odsírenia dymových plynov sa môžu vyskytnúť problémy s tvorbou usadenín na strope 102 kolóny a na odstraňovačoch hmly bežných konštrukcií. Tieto usadeniny sa môžu vyskytnúť všade, kde sa unášaná kvapalina suspenzie môže zhromažďovať a nie je oplachovaná alebo odvádzaná preč z povrchu. Unášaná suspenzia sa môže rýchlo stať presýtenou síranom vápenatým, čím dochádza k zrážaniu usadeniny sadrovca, ktorá môže narásť na veľkú hrúbku. Takáto hrubá vrstva usadeniny môže zvýšiť pokles tlaku v práčke a môže spôsobiť, že sa veľké kusy usadeniny odlomia a spadnú dovnútra sprchovej kolóny - pritom môžu poškodiť privádzače suspenzie, dýzy alebo podporné konštrukcie a prípadne prepadnúť cez reakčnú nádobu 120. odkiaľ sa tieto usadeniny môžu dopraviť recyklovacími čerpadlami do prívádzačov 112 a 112' a spôsobiť upchatie sprchových dýz 114.

Použitie účinnejších odstraňovačov hmly namiesto odlučovača unášanej kvapaliny by sa mohlo považovať za účinné riešenie; avšak pre vyššie uvedené dôvody sú odstraňovače hmly zväčša neúčinné pri vertikálnych rýchlostiach plynu približne od 4,5 približne do 6,0 metrov za sekundu. Bez využitia vynálezu sú vysoké rýchlosti nepraktické kvôli usadeninám, ktoré sa budú vytvárať na strope 102.

Mohlo by sa tvrdiť, že jednoduché oplachovanie stropu 120 a exponovaných povrchov čistou vodou by mohlo stačiť na zabránenie tvorby usadenín bez využitia tohto vynálezu. I keď toto naozaj môže byť účinné, vynález má iné výhody, ktoré sa nedajú dosiahnuť prostým oplachovaním exponovaných povrchov. Použitím vynálezu sa súčasne dosiahnu tieto ďalšie výhody, čím sa stane oplachovanie exponovaných povrchov zbytočným.

Podľa vynálezu sa umiestni jednopríechodový odlučovač unášanej kvapaliny 130 nad a cez vertikálny vypierací oddiel ΓΙΟ. Konštrukcia a umiestnenie odlučovača unášanej kvapaliny 130 spôsobuje zníženie množstva kvapôčiek vlhkosti a tiež mení smer prúdenia dymových plynov na taký, ktorý je vhodný pre účinné využitie vysokoúČinného odstraňovača hmly s horizontálnym prúdením. Odlučovač unášanej kvapaliny 130 je znázornený na obrázku 2 ako nasmerovaný vo vypieracej kolóne 100 pod uhlom γ voči vodorovnej rovine. Bude výhodné, keď tento uhol bude z rozsahu približne od 10° približne do 45°, napríklad okolo 20°.

Výhodná forma odlučovača 130 je znázornená na obrázku 2, kde sa využívajú jednopriechodové lišty 132 na zachytávanie kvapôčiek po ich náraze a na stočenie plynu do smeru najvhodnejšieho pre nasledujúce odstránenie hmly a výhodne pre zamedzenie priameho nárazu na hornú stenu 102 vypieracej kolóny. Jednotlivé lišty 132 sú uložené v rámoch 133, pričom tvoria zostavy 134. 134'. atď. Ako je vidieť, zostavy sa skladajú z viacerých líšt, avšak skutočný počet líšt v jednej zostave sa bude meniť v závislosti od požadovanej váhy každej zostavy, pričom táto váha bude taká, že jeden alebo dvaja pracovníci údržby budú môcť ľahko namontovať alebo vymontovať zostavu, ak to bude potrebné. Obyčajne asi tri až šesť líšt bude tvoriť jednu zostavu. Zostavy sú umiestnené vedľa seba, a tak vytvárajú úplnú zostavu odlučovača unášanej kvapaliny. Spodné okraje rámov 133 určujú spodný povrch 135 zostáv 134. atď. Jednotlivé lišty 132 sú nasmerované pod uhlom δ voči vertikále. Lišta tohto typu je obyčajne obdĺžnikového tvaru s menším rozmerom približne od 15 približne do 23 centimetrov a s väčším rozmerom približne od 60 približne do 150 centimetrov. Vzdialenosť medzi jednotlivými lištami je obyčajne asi od 40 asi do 70 % menšieho rozmeru jednotlivej lišty. Uhol δ bude výhodne z rozsahu približne od 35° približne do 55°, pričom presná hodnota závisí od požadovaného uhla smeru prúdenia spalín.

Zostavy 134, atď. sú skonštruované a nasmerované takým spôsobom, že uľahčujú dokonalé odvedenie vody. Jednotlivé zostavy sú strieškovito usporiadané, ako je to zrejmé z obrázku.

Zostavy 134. atď. sú výhodne nasmerované pod uhlom Θ, obyčajne v rozsahu približne od 120° približne do 150° a výhodne v rozsahu približne od 125° približne do 145° (najvýhodnejšie okolo 140°). Konštrukcia odlučovača unášanej kvapaliny je uložená na nosníkoch 136. ktoré prebiehajú pozdĺž každej zostavy. Je možné aj iné usporiadanie podporných konštrukcií. I keď sú znázornené na obrázku v obdĺžnikovom priereze, vypieracia kolóna má obyčajne kruhový prierez a zostavy budú mať v blízkosti stien odpovedajúci tvar.

Konštrukcia odlučovača unášanej kvapaliny 130 umožňuje priame kontaktné oplachovanie líšt cez pevné privádzacie rúrky dýz 137. ktoré majú sprchové dýzy 138 schopné rozstrekovať omývaciu vodu priamo na lišty zhora aj zdola. Oplachovanie sa typicky uskutočňuje oddelene činnosťou každého ostrekovača alebo v postupnosti s inými, iné schémy oplachovania sú však tiež možné. Napríklad môže byť pohodlnejšie mať súčasne v činnosti dva ostrekovače. Ostrekovacia voda je dostatočne kvalitná a používa sa v dostatočnom množstve, aby znížila množstvo nasýtených rozpustených solí na povrchoch odlučovača. Bežné intenzity oplachovania, keď je ostrekovač v činnosti, môžu byť okolo 16 až okolo 60 litrov za minútu na štvorcový meter plochy. Oplachovanie vrchnej časti odlučovača unášanej kvapaliny bude vo všeobecnosti toho istého rozsahu, ale menej časté ako v spodnej časti. Je výhodné, keď sa oplachovanie hornej a spodnej časti zostáv robí pravidelne, t.j. v často opakovaných cykloch, aby sa zabránilo vytváraniu usadenín sadrovca. Spolu s dobrým odstraňovaním vody, ktoré poskytuje strieškovité usporiadanie zostáv 134. atď., použitie ostrekovacej vody vysokej kvality a časté oplachovanie umožňuje prakticky prevádzku bez vzniku usadenín. Postupnosť oplachovania a kvalita vody sa môže meniť v závislosti od požiadaviek procesu odsírenia dymových plynov.

Ďalšou stránkou vynálezu je, že účinnosť separácie v odlučovači unášanej kvapaliny nemusí byť taká vysoká ako v doterajších viacpriechodových odlučovačoch, pretože schopnosť zmeniť smer prúdenia z vertikálneho na horizontálne umožňuje použitie vysoko účinného odstraňovača hmly 140 s horizontálnym prúdením. Takže aj keď je účinnosť odstraňovania unášanej kvapaliny nižšia ako by sa mohlo pokladať za žiadúce pre kolóny na mokré čistenie, odlučovač unášanej kvapaliny spôsobuje len veľmi malý pokles tlaku, napr. menší ako približne 3,8 mm vodného stĺpca, odstráni alebo pospája do väčších kvapiek až 40 % kvapôčiek menších ako 100 gm a má ďalšie výhody týkajúce sa možnosti čistenia, odstraňovania vody, jednoduchosti údržby, trvanlivosti, nasmerovania prúdenia plynu od povrchov hornej steny a stropu kolóny a relatívne rovnomerného nasmerovania prúdenia plynu k vysoko účinnému odstraňovaču hmly 140 s horizontálnym prúdením. Je výhodné, keď odstraňovač hmly 140 je priehradkového typu, napríklad ako kľukatá priehradka typu popísaného v článku Jonesa a kol.

Iné praktické uskutočnenie je znázornené na obrázku 3 a ukazuje jednu zostavu 334 lamiel 332 osadených v diagonálnom smere v tvare plochého panelu uloženého v ráme 333. Lamely sú nasmerované pod uhlom a (napr. asi od 15° asi do 40°, výhodne okolo 20°) voči rámu a pod podobným uhlom voči vertikále ako v praktickom uskutočnení podľa obrázku 2.

Je dôležité si všimnúť, že zostavy lamiel znázornené na obrázku 3 nie sú zostavami strieškového tvaru, ale sú ich priemetmi v ploche medzi nosníkmi 136. Dobré odvádzanie vody je uľahčené gravitáciou pôsobiacou na zachytené kvapôčky pozdĺž odvodňovacej dráhy danej uhlom a a uhlom a.

Nasledujúci opis sa sústredí na výhodné praktické uskutočnenie znázornené na obrázku 4, ktorý ukazuje protiprúdovú vápencovú prevádzku mokrého čistenia s jednoduchým cyklom typu otvorenej kolóny na odstránenie oxidov síry, hlavne SO2, z produktov spaľovania. Z nasledujúceho opisu bude však zrejmé, že aspekty tohto vynálezu budú výhodné aj pri iných typoch práčok.

Schéma procesu podľa obrázku 4 znázorňuje spracovanie spalín po čistení, napríklad na elektrostatickom alebo textilnom filtri (nie sú znázornené), ktoré prakticky odstráni unášané tuhé častice. Čistený dymový plyn sa potom vedie potrubím 421 do výmenníka tepla 431, ktorý má spodnú časť 432 a hornú časť 433. Spodná časť aj horná časť majú prívody plynu (434, 437) a vývody plynu (435. 436). Pomerne teplý plyn (napr. približne od 420 °C približne do 175 °C) ohrieva vnútorný rotor výmeny tepla 438 (znázornený čiarkované), ktorý má vonkajší povrch na výmenu tepla. Rotor 438 sa otáča okolo vodorovnej osi rotácie 439. čo umožňuje pohyb povrchu rotora na výmenu tepla vo zvislej rovine medzi hornou a spodnou časťou. Teplo odobraté privádzanému dymovému plynu sa týmto spôsobom používa na opätovné ohriatie vyčisteného dymového plynu privádzaného do hornej časti 433 cez prívod 437 a odvádzaného cez vývod 436 predtým, ako sa vypustí cez potrubie 422 do komína (nie je znázornený).

Po odvedení plynu vývodom 435 v spodnej časti sa dymový plyn obsahujúci SO_X privádza do vypieracej kolóny 400. v ktorej prúdi nahor, protiprúdovo k rozstrekovanej vodnej suspenzii obsahujúcej jemnozmný vápenec, ktorá sa privádza do vertikálneho vypieracieho oddielu 410 sústavou sprchových dýz. Z vypieracieho oddielu 410 pokračuje plyn cez výstupné potrubie 420 plynu. Kolóna je usporiadaná tak, aby dymový plyn prúdil nahor cez vertikálny vypierací oddiel. Vypieracia suspenzia, ktorá padá cez vertikálny vypierací oddiel 410. sa zhromažďuje v reakčnej nádobe 430. Celková výška sprchovej kontaktnej zóny 411 vo vypieracom oddieli 410 je menšia ako 6 metrov.

Vápenec je výhodnou formou uhličitanu vápenatého, ale ak sa to požaduje, môže sa nahradiť inou formou. Okrem vápenca sú inými formami uhličitanu vápenatého ulity ústric, aragonit, kalcit, krieda, mramor, slieň a travertín. Môže sa ťažiť alebo vyrábať. V tomto opise sa pojmy uhličitan vápenatý a vápenec používajú zameniteľné.

Vápenec je jemnozmný a v tejto forme sa získa výhodne mletím, pričom sa dosiahne vážený priemer častíc okolo 10 pm a najvýhodnejšie 8 pm alebo menej, pričom 99 hmotnostných % alebo viac častíc je menších než 44 um. Toto je výborné pre mokré čistenie v otvorenej kolóne s protiprúdovým tokom vápencovej suspenzie, pričom bežnejší stupeň vymletia podľa doterajšieho stavu techniky má vážený priemer 15 pm alebo menej, s 90 alebo viac hmotnostnými % častíc menšími ako 44 pm. V ďalšom protiklade k doterajšiemu stavu techniky je významné, že výhodný stupeň mletia podľa tohto vynálezu poskytuje častice s váženou strednou veľkosťou menšou ako približne 6 pm, pričom 99,5 hmotnostných % častíc je menších ako 44 pm. Mletie na túto výhodnú veľkosť má niekoľko predností, zvlášť vtedy, keď sa suspenzia v reakčnej nádobe spracuje v hydrocyklóne, kde sa oddelí sadrovec a zakoncentruje sa uhličitan vápenatý s ešte jemnejšími časticami, ako je opísané nižšie.

Vertikálny vypierací oddiel 410 obsahuje sústavu sprchových zariadení, ktoré sú v ňom namontované. Sústava je prispôsobená na privádzanie rozprášenej vodnej suspenzie jemnozmného uhličitanu vápenatého, síranu vápenatého, siričitanu vápenatého a nereaktívnych tuhých látok tak, aby klesala cez kolónu protiprúdovo k prúdeniu dymového plynu. Obrázok znázorňuje skupinu sprchových dýz, ktorá, ako vidieť, sa skladá z troch nosičov 412. 412' a 412 dýz.

Dýzy sú výhodne usporiadané tak, že vzdialenosť medzi nimi je menej ako asi 2 metre a smer prúdenia zo susedných dýz je striedavo nahor a nadol. Zmenšením priestoru medzi dýzami, znížením počtu úrovní dýz, ktoré sa používajú v určitom čase (výhodne na 2) a zvýšením rýchlosti prúdenia plynu nahor cez vertikálny vypierací oddiel je možné udržať výšku kolóny v sprchovej kontaktnej zóne menšiu ako 6 metrov, výhodne v rozsahu asi 4 až asi 6 metrov (meraná od hornej časti prívodného potrubia po spodnú časť nakloneného odlučovača unášanej kvapaliny 440 a označená na nákrese ako H).

Výhodné usporiadanie dýz tohto typu je popísané v spoločne prejednávanej prihláške vynálezu USA Ser. č. 08/257,160 podanej tu uvedenými pôvodcami 9. júna 1994 (číslo jednacie patentového zástupcu 1930-P0004), ktorá sa tu zaraďuje v celosti ako literárny odkaz.

Reakčná nádoba 430 je umiestnená pod sústavou sprchových zariadení, ktorá umožňuje zhromažďovanie suspenzie po perióde styku s dymovým plynom v sprchovej kontaktnej zóne 411. Reakčná nádoba 430 má vhodnú veľkosť na uskutočnenie reakcie rozpusteného SO₂ s rozpusteným kyslíkom za vzniku síranu, pričom síran potom reaguje s rozpustenými iónmi vápnika za vzniku kryštálov sadrovca s váženým stredným priemerom častíc najmenej 2-krát a výhodne od 5- do 10-krát väčším ako sú častice uhličitanu vápenatého pri jeho dávkovaní.

Vďaka rozdielu vo veľkostiach častíc medzi uhličitanom vápenatým a sadrovcom a vďaka prostriedkom použitým na oddelenie sadrovca a zakoncentrovanie uhličitanu vápenatého, ako bude podrobne vysvetlené ďalej, koncentrácia tuhého uhličitanu vápenatého sa môže zvýšiť asi o 20 až 50 % nad koncentráciu dosiahnuteľnú v protiprúdových zariadeniach doterajšieho typu. Ďalšou výhodou vynálezu je, že suspenzia bude mať vyšší stechiometrický pomer vápnika k síre ako je to v doterajších systémoch, obyčajne aspoň 1,3 a výhodne okolo 1,4 alebo viac.

Oxidy síry v spalinách sa absorbujú vo vodnej fáze suspenzie vo vertikálnom vypieracom oddieli 410 a reagujú s použiteľnou alkalitou vo forme hydroxidových iónov za vzniku hydrogénsiričitanu, ktorý sa môže čiastočne oxidovať vo vypieracom oddieli 410 a temer úplne oxidovať v reakčnej nádobe 430 za vzniku síranu. Alkalita v zásade súvisí s rozpúšťaním uhličitanu vápenatého, ktorý sa nachádza vo vypieracom oddieli 410 a v reakčnej nádobe 430. Bežne sa na zabezpečenie dostatočnej reakcie privádza kyslík, aj keď určité množstvo kyslíka sa dá získať aj zo samotného dymového plynu vo vypieracom oddieli 410. Reakcia prebieha do istej miery v klesajúcich kvapôčkach, ale urýchli sa hlavne v reakčnej nádobe 430. v ktorej sa zhromažďuje suspenzia. Novým a zlepšeným rysom vynálezu je skutočnosť, že čas zdržania v reakčnej nádobe sa zníži z bežnej komerčnej hodnoty okolo 15 hodín na asi 6 hodín. Zníženie času zdržania v reakčnej nádobe má rad výhod z hľadiska jednoduchosti prevádzky, veľkosti zariadenia a kvality sadrovca ako vedľajšieho produktu.

Je výhodné, keď hodnota pH suspenzie v reakčnej nádobe 430 je v rozsahu približne od 5,0 približne do 6,3, najvýhodnejšie približne od 5,8 približne do 6,3. Vyššie pH naznačuje vyššiu použiteľnú alkalitu v kvapaline suspenzie a odpovedajúcu vyššiu kapacitu pre absorpciu SO2. Je výhodou tohto vynálezu, že vďaka tomu. že uhličitan vápenatý sa pridáva vo forme jemných častíc a recykluje sa, tiež vo forme jemných častíc, dá sa dosiahnuť vyššia použiteľná alkalita. Nízke pH sa obyčajne používa v systémoch doterajšej techniky na zvýšenie rýchlosti reakcie uhličitanu vápenatého, avšak to normálne znižuje absorpciu SO_X vo vypieracom oddieli 410 kvôli zníženej použiteľnej alkalite. Malý rozmer častíc poskytuje zvýšenú použiteľnú alkalitu aj pri nižšom pH ako sa požaduje, čím do značnej miery kompenzuje vplyv nízkeho pH na vypieraciu kapacitu suspenzie.

S reakčnou nádobou 430 a so sústavou sprchových zariadení umiestnených vo vertikálnom vypieracom oddieli 410 je spojené zariadenie pre dávkovanie rozstrekovanej suspenzie, ktoré sa skladá najmenej z jedného čerpadla 422 a príslušného potrubia 424 pre odoberanie suspenzie z reakčnej nádoby 430 a pre dopravenie suspenzie k sústave sprchových zariadení umiestnených vo vypieracom oddieli.

Vyčistené spaliny sa zbavia podstatnej časti unášaných kvapôčiek kvapaliny a smer ich prúdenia sa odkloní v odlučovači unášanej kvapaliny 440 a potom v odstraňovači hmly 450. Objemové prúdenie spalín sa zmení z vertikálneho na skoro horizontálne. Vyčistené a hmly zbavené spaliny sa potom môžu privádzať do výmenníka tepla 431 dopravou cez potrubie 460 do horného prívodu 437.

Bude výhodné, keď práčky podľa tohto vynálezu budú obsahovať jednopriechodový odlučovač unášanej kvapaliny 440. ktorý účinne znižuje množstvo kvapôčiek vlhkosti a tiež mení smer prúdenia dymových plynov na taký, ktorý je vhodný pre efektívne využitie odstraňovača hmly s horizontálnym prúdením. Odlučovače unášanej kvapaliny tohto typu sú popísané vyššie.

Vzduch vo vedení 470 uľahčuje dodávanie kyslíka na oxidáciu siričitanu vápenatého na síran vápenatý. Je výhodné, keď sa obsah nádoby mieša bežným spôsobom, ktorý nie je na obrázku znázornený.

K reakčnej nádobe 430 je pripojený hydrocyklón 480, ktorý sa využíva na odstránenie časti suspenzie z reakčnej nádoby 430 na účely zakoncentrovania jemných častíc uhličitanu vápenatého pre ich recyklovanie a pre oddelenie sadrovca. Hydrocyklón 480 rozdeľuje suspenziu z reakčnej nádoby na recyklovaný prúd 482 bohatý na malé častice uhličitanu vápenatého a na druhý prúd 484 obsahujúci väčšinou pomerne väčšie častice síranu vápenatého. Je výhodné, keď sa odstraňovaná kvapalina odoberá z recyklovaného materiálu, menovite z recyklovaného prúdu 482. Toto je tu znázornené ako vypúšťacie potrubie 485.

Je výhodné, keď stechiometrický pomer vápnika k síre v recyklovanom prúde 484 bude v rozsahu približne od 1,2 približne do 2,0, najvýhodnejšie približne od 1,3 približne do 1,4. Koncentrácia suspendovaných tuhých látok v recyklovanom prúde bude bežne v rozsahu približne od 1 približne do 10 hmotnostných %, najtypickejšie približne od 2 približne do 6 %. Oddelenie väčšiny síranu vápenatého od vápenca pomocou hydrocyklónu 482 spolu so značným zvýšením stechiometrického pomeru a využiteľnej alkality tiež znižuje obsah tuhých látok v suspenzii.

Uvedený opis slúži pre účely oboznámenia osôb s bežnou praxou v danom odbore, ako uviesť vynález do praxe, a nie je zameraný na opis podrobností všetkých jeho zrejmých zmien a variácií, ktoré sú zjavné pre skúseného pracovníka pri čítaní tohto opisu. Je však určený na to, že všetky zrejmé zmeny a variácie sa zahrnú do predmetu vynálezu, ktorý je vymedzený nasledujúcimi nárokmi. Zmyslom nárokov je pokryť nárokované prvky a kroky v ľubovoľnom usporiadaní alebo postupnosti, ktoré fungujú tak, že spĺňajú tu očakávané ciele, ak súvislosti výslovne nenaznačujú opak.

Claims (26)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zdokonalený spôsob mokrého čistenia na zníženie koncentrácie SO2 v dymových plynoch, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje:

   (a) usmernenie prúdenia dymového plynu nahor cez vypieraciu kolónu;

   (b) uvedenie rozprášených kvapôčiek vodnej suspenzie jemnozrnného uhličitanu vápenatého, síranu vápenatého, siričitanu vápenatého a iných nereaktívnych inertných látok do styku s dymovým plynom vo vertikálnom vypieracom oddieli, pričom suspenzia klesá cez kolónu protiprúdovo k prúdeniu dymového plynu a po styku sa zhromažďuje ako kvapalina; a (c) priechod dymového plynu cez jednopriechodový odlučovač unášanej kvapaliny umiestnený nad a cez vertikálny vypierací oddiel pod takým uhlom, ktorý je vhodný na zníženie alebo konsolidáciu podstatného množstva kvapôčiek unášaných plynom a tiež na odklonenie smeru prúdenia dymového plynu od vertikály.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že odlučovač unášanej kvapaliny účinne znižuje množstvo kvapôčiek o najmenej 40 % a mení smer prúdenia dymových plynov najmenej o 45° od vertikálnej osi kolóny.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že dymový plyn prechádza cez odstraňovač hmly s horizontálnym prúdením a s dobrým odvádzaním vody, ktorý je zaradený za odlučovačom unášanej kvapaliny.
4. 4. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vertikálna objemová rýchlosť plynu je väčšia ako v podstate 4,5 metra za sekundu.
5. 5. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že odlučovač unášanej kvapaliny je orientovaný voči horizontále vo vypieracej kolóne pod uhlom, ktorý je v rozsahu v podstate od 10° do 45°.
6. 6. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že odlučovač unášanej kvapaliny spôsobuje pokles tlaku menší ako v podstate 3,8 milimetrov vodného stĺpca a odstráni alebo spôsobí zhluknutie najmenej 40 % kvapôčiek, ktoré majú stredný priemer podľa Sautera menší ako v podstate 100 μην
7. 7. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že odlučovač unášanej kvapaliny využíva jednopríechodové lišty odlučovača na zachytávanie kvapôčiek nárazom a na stočenie plynu do najvhodnejšieho smeru pre nasledujúce odstránenie hmly, pričom jednotlivé lišty sú uložené navzájom rovnobežne v každej z viacerých zostáv.
8. 8. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že odlučovač unášanej kvapaliny zahrňuje jednotlivé jednopríechodové lišty odlučovača, pričom uvedené jednotlivé lišty sú uložené tak, že tvoria zostavy, a uvedené jednotlivé lišty sú nasmerované pod uhlom v rozsahu v podstate od 35° do 55° voči vertikále a typická vzdialenosť medzi jednotlivými lištami bude v podstate od 40 do 70 % menšieho rozmeru jednotlivých líšt.
9. 9. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa odlučovač unášanej kvapaliny skladá z viacerých zostáv jednotlivých líšt, pričom uvedené zostavy sú navzájom voči sebe orientované pod uhlom v rozsahu v podstate od 120° do 150°, čím uvedené zostavy vytvoria strieškovité usporiadanie.
10. 10. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa lišty oplachujú periodicky striekaním omývacej vody priamo na lišty zhora aj zdola.
11. 11. Zariadenie na styk plynu s kvapalinou vyznačujúce sa tým, že zahrňuje vertikálny vypierací oddiel a jednopriechodový odlučovač unášanej kvapaliny umiestnený nad a cez uvedený vypierací oddiel takým spôsobom, ktorý je účinný pre zníženie množstva kvapôčiek unášaných plynom a pre zmenu smeru prúdenia dymových plynov na taký, ktorý je vhodný na účinné využitie odstraňovača hmly s horizontálnym prúdením a s dobrým odvádzaním vody.
12. 12. Zariadenie podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že odlučovač unášanej kvapaliny účinne znižuje množstvo kvapôčiek vlhkosti o najmenej 40 % a mení smer prúdenia dymových plynov najmenej o 30° od vertikálnej osi kolóny.
13. 13. Zariadenie podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že je týmto zariadením protiprúdová vápencová otvorená kolóna mokrého čistenia s jednoduchým cyklom a obsahuje aspoň odlučovač unášanej kvapaliny a vertikálne orientovaný odstraňovač hmly, pričom uvedený odlučovač unášanej kvapaliny účinne znižuje množstvo kvapôčiek vlhkosti o najmenej 40 % a tiež mení smer prúdenia dymových plynov o najmenej 30° voči vertikálnej osi kolóny.
14. 14. Zariadenie podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že odlučovač unášanej kvapaliny je orientovaný pod uhlom v rozsahu v podstate od 10° do 45° voči horizontále vo vypieracej kolóne.
15. 15. Zariadenie podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že odlučovač unášanej kvapaliny zahrňuje viacero jednopriechodových líšt odlučovača, ktoré účinne zachytávajú kvapôčky nárazom a stáčajú plyn do smeru najvhodnejšieho pre nasledujúce odstránenie hmly, pričom uvedené jednotlivé lišty sú uložené navzájom rovnobežne v každej z viacerých zostáv a uvedené jednotlivé lišty sú orientované pod uhlom v rozsahu v podstate od 35° do 55° voči vertikále.
16. 16. Zariadenie podľa nároku 15, vyznačujúce sa tým, že uvedené jednotlivé lišty sú obdĺžnikového tvaru s menším rozmerom v podstate od 15 do 23 centimetrov a s väčším rozmerom v podstate od 60 do 150 centimetrov.
17. 17. Zariadenie podľa nároku 16, vyznačujúce sa tým, že typická vzdialenosť medzi jednotlivými lištami bude v podstate od 40 do 70 % menšieho rozmeru jednotlivých líšt.
18. 18. Zariadenie podľa nároku 17, vyznačujúce sa tým, že odlučovač unášanej kvapaliny zahrnuje viaceré zostavy jednotlivých líšt.
19. 19. Zariadenie podľa nároku 18, vyznačujúce sa tým, že zostavy jednotlivých líšt sú výhodne orientované voči sebe pod uhlom v rozsahu v podstate od 120° do 150° a vytvárajú strieškovité usporiadanie.
20. 20. Zariadenie podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že ďalej zahrňuje prostriedky pre rozstrekovanie na oplachovanie líšt ostrekovaním omývacou vodou priamo na lišty zhora aj zdola.
21. 21. Spôsob na zníženie koncentrácie S0_x v dymovom plyne mokrým čistením, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje:

    (a) prenos tepla z dymového plynu obsahujúceho SO_X, ktorý bol zbavený unášaných tuhých látok, vedením uvedeného plynu cez prívod do spodnej časti vertikálne orientovaného rotačného výmenníka tepla s horizontálnym hriadeľom, pričom tento výmenník tepla má spodnú časť a hornú časť, každú z nich s prívodom a odvodom plynu, a rotor na výmenu tepla s vonkajším povrchom na výmenu tepla s horizontálnou osou rotácie, ktorá umožňuje, aby sa povrch na výmenu tepla rotora pohyboval vo vertikálnej rovine medzi hornou a spodnou časťou;

    (b) nasmerovanie dymového plynu tak, aby prúdil nahor cez protiprúdovú otvorenú vypieraciu kolónu s jednoduchým cyklom, ktorá má výšku vypieracej zóny menšiu ako 6 metrov;

    (c) zavedenie rozprášenej vodnej suspenzie uhličitanu vápenatého, síranu vápenatého, siričitanu vápenatého a nereaktívnych tuhých látok tak, aby klesali cez kolónu protiprúdovo k prúdeniu dymového plynu, aby sa dymový plyn zbavil SO_X a získal sa očistený dymový plyn, pričom uvedený uhličitan vápenatý má váženú strednú veľkosť častíc menšiu ako v podstate 10 μπτ;

    (d) zhromažďovanie suspenzie v reakčnej nádobe, v ktorej sa umožní kryštálom síranu vápenatého rásť dovtedy, až vážený stredný priemer kryštálov síranu vápenatého je najmenej 2násobkom priemeru kryštálov uhličitanu vápenatého pri jeho dávkovaní pred oddelením kryštálov síranu vápenatého a privedením recyklovaného prúdu späť do vypieracej zóny, a udržiavanie pH suspenzie v reakčnej nádobe v rozsahu v podstate od 5,0 do 6,3; a (e) vedenie prúdu dymového plynu z vrchnej časti kolóny cez hornú časť uvedeného výmenníka tepla, aby došlo k prenosu tepla z dymového plynu obsahujúceho SO_X na očistený dymový plyn.
22. 22. Spôsob podľa nároku 21, vyznačujúci sa tým, že stredná veľkosť častíc jemnozmného uhličitanu vápenatého pri jeho dávkovaní je menšia ako v podstate 8 gm.
23. 23. Spôsob podľa nároku 21, vyznačujúci sa tým, že molámy pomer vápnika k síre v recyklovanom prúde je väčší ako v podstate 1,3.
24. 24. Spôsob podľa nároku 21, vyznačujúci sa tým, že sa suspenzia odobratá z reakčnej nádoby vedie do hydrocyklónu, kde sa získa recyklovaný prúd bohatý na malé častice uhličitanu vápenatého, ktorý sa vracia späť do reakčnej nádoby, a prúd bohatý na relatívne väčšie častice síranu vápenatého, ktorý sa odstraňuje.
25. 25. Spôsob podľa nároku 24, vyznačujúci sa tým, že molárny pomer vápnika k síre v recyklovanom prúde je väčší ako v podstate 1,3, vážená stredná veľkosť častíc jemnozmného uhličitanu vápenatého je menšia ako v podstate 8 gm, vážená stredná veľkosť častíc uhličitanu vápenatého v reakčnej nádobe je v podstate od 2 do 6 gm a rozprášená suspenzia sa privádza z dýz vo dvoch úrovniach.
26. 26. Zariadenie na mokré čistenie pre zníženie koncentrácie SO_X v dymových plynoch, vyznačujúce sa tým, že zahrňuje:

    (a) výmenník tepla, ktorý má spodnú a hornú časť, každú z nich s prívodom a odvodom plynu, a rotor na výmenu tepla s vonkajším povrchom na výmenu tepla s horizontálnou osou rotácie, ktorá umožňuje, aby sa povrch na výmenu tepla rotora pohyboval vo vertikálnej rovine medzi homou a spodnou časťou;

    (b) kolónu pre mokré čistenie, ktorá obsahuje potrubie na prívod plynu, potrubie na odvod plynu a vertikálny vypierací oddiel, pričom výška sprchovej kontaktnej zóny od hornej časti prívodného potrubia po spodnú časť odlučovača unášanej kvapaliny je menšia ako 6 metrov;

    (c) sústavu sprchových zariadení umiestnených v uvedenom vypieracom oddieli prispôsobených na rozstrekovanie vodnej suspenzie jemnozmného uhličitanu vápenatého, síranu vápenatého, siričitanu vápenatého a nereaktívnych tuhých látok tak, aby klesala cez kolónu protiprúdovo k prúdeniu dymového plynu; a (d) potrubia na dopravenie prúdu dymového plynu obsahujúceho SO_X cez prívod na spodnej časti uvedeného rotačného výmenníka tepla a von cez vývod v tejto časti a na vedenie prúdu dymového plynu z hornej časti kolóny cez prívod v hornej časti uvedeného výmenníka tepla, aby došlo k prenosu tepla z dymového plynu obsahujúceho SO_X na vyčistený dymový plyn, a von cez vývod v tejto časti.