SU1755902A1 - Устройство дл очистки дымовых газов от оксидов азота - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение может быть использовано при создании гаэоочист- ных установок на предпри ти х различных отраслей народного хоз йства, обладающих мощным теплотехническим оборудованием , в том числе на компрессорных стании х. Сущность изобретени : в устройстве к каналу основного газохода подсоединен обводной канал, в котором установлено денитрирующее устройство, состо щее из двух рабочих участков,  вл ющихс  отдельными ступен ми очистки, в первом по ходу газа участке установлено устройство подачи и распределени  аммиака и аппарат с фонтанирующим слоем частиц катализатора, а во втором - устройства подачи и распределени  перекиси водорода и пылеулавливани , кроме того, с обводным каналом св зано устройство элевации и регенерации катализатора. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к технологии и аппаратам каталитической очистки уход щих газов от вредных газообразных веществ , в частности оксидов азота, и может найти применение при создании газоочистных установок на предпри ти х различных отраслей народного хоз йства, обладающих мощным теплотехническим оборудованием , в том числе на компрессорных станци х магистральных газопроводов, с целью охраны окружающей среды от загр знени  и улучшени  условий работы эксплуатационного персонала.

Известно устройство дл  ввода восстановител  при интенсивном перемешивании отход щих газов, содержащих NOx. размещенное в канале отход щего газа перед слоем катализатора, состо щее из трубок с распылител ми аммиака, параллельно расположенными по всей ширине поперечного

сечени  канала, отличающеес  тем, что дополнительно к трубкам с распылител ми и параллельно им размещены элементы дл  прохода потока отход щего газа.

Недостатками устройства  вл ютс :

недостаточна  равномерность раздачи восстановител  по сечению канала реакционной зоны и, следовательно, необеспечение гомогенности смеси и равномерного контакта реагирующих газов в среде катализатора;

отсутствие автоматического контрол  и дозировани  ввода восстановителей в среду отход щих газов, в зависимости от содержани  вредных газообразных веществ;

отсутствие контрол  степени эффективности очистки отход щих дымовых газов от оксидов азота и контрол  возможности проскока непрореагировавшего аммиака в выхлопной тракт газохода;

Ч

необходимость остановки теплотехнического оборудовани  при ремонтно-монтаж- ных работах или в случае замены катализатора, приотсутствии о б вод но го (бай- пасного) газохода;

повышенное гидравлическое сопротивление тракта газохода и, следовательно, повышенные энергозатраты, требующие, при прохождении очищаемых газов через пористый слой катализатора, применени  т го- дутьевых устройств;

невозможности восстановлени  свойств отравленного катализатора в эксплуатационных услови х, например, компрессорных станций;

сравнительно малые удельные поверхности контакта реагирующих масс веществ в среде катализатора,

Известен газоход дл  обработки дымового газа, йримен емый с целью восстановлени  оксидов азота, содержащий большое количество распределительных трубок с сопловыми отверсти ми дл  впрыскивани  восстановител , в частности, аммиака. Распределительные трубки распределены в плоскости сечени  газохода и соединены с подвод щими трубопроводами через регулирующий клапан, Газоход отличаетс  тем, что кажда  распределительна  трубка состоит , по меньшей мере, из двух параллельных трубок, присоединенных к одному регулирующему клапану. Патрубки проход т от противоположных сторон газохода соответственно до его середины. Данное устройство прин то в качестве прототипа.

Основными недостатками его  вл ютс :

отсутствие контрол  за очисткой уход щих дымовых газов от оксидов азота и непрореагировавшего аммиака;

мала  удельна  каталитическа  поверхность контакта реагирующих сред в смеси;

значительное сопротивление тракта при прохождении газов через слой пористого катализатора;

концентрационные и температурные перекосы и деформации в смеси газового потока с восстановителем;

отсутствие установки регенерации катализатора в услови х эксплуатации на площадках компрессорных станций;

потребность в дополнительных т годуть- евых устройствах дл  преодолени  сопротивлени  тракта газохода, загроможденного слоем твердого пористого катализатора,

Целью изобретени   вл етс  устранение указанных недостатков и, в первую очередь , повышение степени очистки дымовых газов от оксидов азота и экономичности процесса.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве, содержащем газоход, в канале которого размещены слой катализатора и р ды распределительных трубок с сопловыми отверсти ми, в его состав дополнительно введено устройство элевации и регенерации катализатора, содержащее бункер дл  гранул катализатора, регенератор, пневмот- рэнспортные трубопроводы с задвижками,

0 сопло, в виде трубы Вентури, компрессор, накопитель с отбойным козырьком и дисковым питателем с ротором, к каналу газохода , с установленным в нем утилизационным теплообменником, подсоединен обводной

5 канал, входной участок которого имеет сопло с косым срезом, в виде подвижного насадка с регул тором и приводом его выдвижени .

Кроме того, в обводном канале установ0 лено детонирующее устройство, состо щее из двух рабочих участков в виде неравноп- роходных тройников, в первом по ходу газа рабочем участке установлено устройство подачи и распределени  аммиака и аппарат

5 с фонтанирующим слоем катализатора, во втором участке установлено устройство подачи и распределени  перекиси водорода и пылеулавливани , с обводным каналом св зано устройство элевации и регенерации

0 катализатора, при этом обводной канал подсоединен к газоходу под углом 45-50 град к его продольной оси. Устройства подачи и распределени  аммиака и перекиси водорода выполнены в виде кольцевых пилонов с

5 ос ми, расположенными по радиусам центров равновеликих площадок, острые углы которых направлены навстречу потоку и снабжены соплами с центробежными форсунками .

0Выполнение устройства очистки дымовых газов в виде газохода с обводным каналом позвол ет, нар ду с улучшением условий эксплуатации газотурбинной установки , производить ремонтные и монтажно5 демонтажные работы, не останавлива  ее.

Размещение денитрирующего устройства в обводном канале, состо щего из двух основных рабочих участков в виде нерав- нопроходных тройников, позвол ет разде0 лить устройство на две отдельные ступени очистки с разными функциональными возможност ми , увеличить врем  контакта реагирующих сред в соответствующих ступен х очистки и, следовательно, увеличить сте5 пень очистки отход щих газов, улучшить блочность, транспортабельность и сбор- ность конструкции.

Установка в первом по ходу газа участке обводного канала устройства подачи и распределени  аммиака с гомогенизатором

смешени  и аппарата с фонтанирующим взвешенным слоем узкофракционированных частиц катализатора с посто нной циркул цией позвол ет увеличить контакт и врем  пребывани  реагирующих сред в ре- акционной зоне, улучшить массообменные процессы в присутствии катализатора,производить эффективную очистку газов от оксида азота, превраща  смесь последних с аммиаком в безвредные азот и воду.

Гомогенизатор потока смеси позвол ет обеспечить однородность смеси перед де- нитрирующим устройством.

Устройство подачи и распределени  перекиси водорода во второй ступени денит- рирующего устройства во втором по ходу газа участке газохода позвол ет нейтрализовать непрореагировавший и проскочивший из первой ступени аммиак перед выбросом уход щих газов в окружающую среду. При этом гомогенизатор дл  смешени  уход щих газов с перекисью водорода не требуетс , так как дальше по ходу газа установлен пылеуловитель скрубберного типа, который позвол ет уловить пылевые частички, а также трехатомные газообразные вредные соединени  и удалить их в дренажную канализацию.

Применение катализатора в виде пористых гранул, выполненных из керамическо- го материала и покрытых гидрофобным циолитом с низкой кислотной активностью, наход щегос  в реакционной денитрирую- щей зоне во взвешенном циркулирующем состо нии, в сравнении с пористым непод- вижным слоем катализатора, позвол ет снизить гидравлическое сопротивление тракта газохода, энергетические затраты, улучшить услови  контакта реагирующих сред и удельные каталитические поверхно- сти, а следовательно, и степень, и эффективность очистки уход щих дымовых газов от оксидов азота, ускор   реакцию восстановлени .

На каталитически активной поверхно- сти элементов, выполненных в виде гранул катализатора, протекает процесс химического превращени  токсичных примесей в безвредные соединени .

Ввиду того, что каталитические элемен- ты, циркулиру , сталкиваютс  в потоке,устран ютс  услови  дл  снижени  эффективности очистки отход щих газов от токсичных примесей в процессе эксплуатации устройства. При этом устран ютс  услови  возможности про- скока неочищенных газов каталитической поверхности в атмосферу.

Примен емый в установке циолит обладает большой удельной поверхностью пор (сотни квадратных метров на грамм) и достаточной механической прочностью, не допускающей истирани  при многократных циклах сталкивани  при движении в газовом потоке, обладает также высоким термическим сопротивлением.

При этом с целью обеспечени  безопасной работы газотурбинной установки осуществл етс  автоматическа  блокировка и задвижка канала основного газохода перекрываетс  только в случае полностью открытой задвижки обводного канала и наоборот.

Выполнение устройств подачи и распределени  восстановителей в виде кольцевых пилонов, с ос ми, расположенными по радиусам центров равновеликих площадок, равных ,035-0,04 м2 кажда , и расположенных в поперечном сечении газохода, острые углы которых направлены навстречу потоку и оборудованы соплами с центробежными форсунками, размещенными на пилонах в шахматном пор дке, по радиусам , проведенным под углом 10-15° в сечении газохода, позвол ет осуществить пересечение следов факелов распыла восстановителей , создать эффективную турбулентную зону предварительного грубого смешени  реагирующих сред перед гомогенизатором с дальнейшим поступлением в реакционную зону денитрировани , поддержать заданную концентрационную способность распределени  аммиака в смеси, дозированность его количества, равномерность распределени  по сечению.

Дл  уменьшени  сопротивлени  потока , при заданной текущей турбулизации, св занной с режимом работы газотурбинной установки, элементы раздачи восстановителей , направленные навстречу потоку, имеют обтекаемую форму.

Оси центров равновеликих площадок, совмещенных с ос ми кольцевых пилонов, определ ютс  по зависимости Rj R2rij-1 /2n, где RI - значение радиуса 1-й равновеликой площадки; R - радиус газохода; m - номер 1-й равновеликой площадки; п-РСеч /f - количество равновеликих площадок в сечении газохода; Рсеч, м2 - поперечное сечение газохода в месте установки устройства; f, м - значение площади равновеликой площадки, близкое к оптимальному.

Установка в канале основного газохода (на его выходе) утилизационного теплообменника (с возможностью его выдвижени  из газохода в случае отсутстви  оксидов азота в дымовых газах или потребности в гор чей воде), позвол ет снизить удельный расход топливного газа на газотурбинную установку, утилизировать часть выбрасываемого с уход щими газами тепла, создать потребный подпор газового потока дл  организации рабочего процесса аппарата фонтанирующего сло ,

Св зь задатчика сравнительного устройства с задатчиком наличи  оксидов азота и аммиака, крут щего момента (частоты вращени ) газовой турбины, а также с регул торами привода задвижек каналов основного и обводного газоходов, регул тором привода подвижного насадка, регул торами подачи и распределени  аммиака и пе- рекиси водорода, регул тором дозировани  и подачи гранул катализатора на регенерацию и в реакционную зонуденитрирующего устройства, позвол ет автоматизировать процесс очистки дымовых газов от оксидов азота, создать практически безлюдную технологию , значительно сэкономить эксплуатационные затраты.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг, 2 - устройство дл  подачи и распределени  восстановителей; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - схема аппарата фонтанирующего сло .

Устройство дл  очистки дымовых газов от оксидов азота содержит: источник дыма, например, газовую турбину 1, канал 2 газохода с датчиком 3 концентрации оксидов азота в потоке газа, задатчик 4 сравнительного устройства, обводной канал 5, регул тор 6 и привод 7 задвижки 8, регул тор 9 и привод 10 задвижки 11, регул тор 12 привода .13 регулируемого телескопического насадка 14, регул тор 15 устройства 16 подачи и распределени  аммиака а потоке уход щих газов, кольцевые пилоны 17 с центре- бежными механическими форсунками 18, вихревое устройство-гомогенизатор 19, де- нитрирующее устройство 20 с рабочими участками 21, 22 в виде неравнопроходных тройников, аппарат 23 с фонтанирующим ело- ем узкофракционированных частиц 24 катализатора , входным устройством 25 и газораспределительной решеткой 26, устройство 27 подачи и распределени  перекиси водорода, пылеуловитель 28, утилизацией- ный теплообменник 29, смеситель 30 рззбав- лени  перекиси водорода, датчик 31 концентрации оксидов азота и аммиака на выходе из газохода, регул тор 32 подачи м распределени  перекиси водорода, регул - тор 33 привода 35 задвижки 37, регул тор 34 привода 36 задвижки 38, отвод щий пневмот- рубопровод 39, бункер 40 сбора отработанного катализатора, регул тор 41, подвод щий пневмотрубопровод42, сопл о 43 в виде труби Вентури, компрессор 44 с регул тором 45 его работы, накопитель 46 с отбойным щитком 47 и поворотным дисковым питателем 48 с ротором , пневмотрубопровод 49, регул тор 50 привода 51 задвижки 52.

Устройство очистки от оксидов азота работает следующим образом.

Уход щие газы, например от газовой турбины 1, подают в канал 2 газохода. Одновременно от датчика 3 концентрации оксидов азота в потоке газа в канале 2 подают сигнал на задатчик 4 сравнительного устройства , который при наличии оксидов дает команду на переключение канала 2 газохода на обводной канал 5, При этом сигнал от регул тора 6 подают на привод 7, который открывает задвижку 8 обводного канала 5. Одновременно сигнал от регул тора 9 поступает на привод 10, который закрывает задвижку 11 канала 2 газохода. По сигналу регул тора 12 привод 13 выдвигает регулируемый телескопический насадок 14 с косым срезом в канал 2 газохода.

Далее от задатчмка 4 подают команду на регул тор 15 устройства 16 подачи и распределени  аммиака в потоке уход щих газов, при эточ аммиак подаетс  в отработавшие газы, в количестве, пропорциональном частоте вращени  двигател  или развиваемому им крут щему моменту, с помощью датчиков , определ ющих частоту вращени  двигател  или его крут щий момент, и передает сигналы в вычислительный блок, который управл ет регул тором расхода аммиака. Тогда аммиак в газообразном состо нии из кольцевых пилонов 17 центробежными механическими форсунками 18 подают навстречу потоку. Из-за встречного закрученного движени , а также при дальнейшем проходе через решетку кольцевых пилонов 17, аммиак проходит первую стадию смешени  с газами. Образованную смесь далее направл ют в вихревое устройство-гомогенизатор 19, таким образом ее делзют полностью однородной и подают в денитрирующее устройство 20, состо щее из двух рабочих участков 21, 22, выполненных в виде неравнопроходных тройников.

В первом из них - в участке 21 аппарат 23 с фонтанирующим слоем частиц 24 катализатора в виде зернистых гранул из фарфо- рового или керамического материала, покрытых циолитом с низкой кислотной активностью , диаметром 3-5 мм.

При этом в устройстве примен ют катализатор , не обладакждой токсичностью, легко доступный, - его компоненты выпускаютс  отечественной промышленностью.

Далее газы пропускают через входное устройство 25 аппарата 23, которые поднимают с решетки 26 во взвешенное состо ние слой гранул 24 катализатора, образу  их устойчивый фонтанирующий слой. Гранулы, двига сь вверх в режиме пневмотранспорта , пронизывают поток газов, а затем, при

выходе струи из сло , выпадают и опускаютс  в кольцевой зоне у стенки.

В центральной зоне (фонтане) проходит основна  стру  очищаемой среды, котора  транспортирует наход щиес  в ней частицы катализатора. При этом концентраци  частиц и скорость их движени  в фонтанирующем слое резко отличаютс  в разных рабочих зонах. Так, в фонтане скорость потока составл ет около 1 м/с, а у стенок - всего несколько миллиметров в секунду, при этом врем  контакта катализатора с газами составл ет от 0,5 до 1 с,

Дл  обеспечени  нормальной работы аппарата и создани  фонтанирующего сло  важно выдержать параметры: скорость смеси на входе в денитрирующее устройство 20 перед газораспределительной решеткой 26 составл ет 3-5 м/с, скорость меньше указанной не обеспечивает фонтанирующий слой с развитой поверхностью фаз, а выше 6 м/с может привести к уносу частиц катализатора из аппарата.

Окислы азота, содержащиес  в смеси выхлопных газов с аммиаком в присутствии твердых частиц катализатора, двига сь в зоне максимального контакта катализатора с сильно турбулизированным гетерогенным потоком, эффективно преобразуютс  в безвредные - свободный азот и воду Очищенные выхлопные газы пропускают между рабочими элементами устройства 27 подачи и распределени  перекиси водорода, через пылеуловитель 28 скрубберного типа и межтрубное пространство теплообменных поверхностей , выдвигаемого наружу из газохода 2 утилизационного теплообменника 29, выбрасывают в атмосферу Нагретую в теплообменнике 29 воду подают в систему теплоснабжени , часть в пылеуловитель 28, а также в смеситель 30 дл  разбавлени  перекиси водорода до требуемой концентрации , чем снижают температурный градиент реагирующих сред, а также коррозионные  влени  в газоходе, возникающие при снижении температуры ниже точки росы.

При наличии в потоке очищаемых газов остаточных концентраций оксидов азота и аммиака, превышающих заданный допустимый уровень, датчиком 31 подают сигнал на задатчик 4 сравнительного устройства, ко- .торый выдает команду на регул тор 32 подачи и распределени  перекиси водорода. Одновременно подают команду на регул тор 15 подачи и распределени  аммиака. Однако, если и в этом случае концентраци  оксидов азота не снижаетс , то требуетс  замена части устаревшего или отравленного мышь ком и другими веществами катализатора на свежий или отрегенерирован- ный, дл  чего от задатчика 4 сравнительного устройства подают команду на регул торы 33, 34 приводов 35. 36 на откры- тие задвижек 37, 38. При этом часть гранул катализатора по отвод щему каналу пнев- мотрубопровода 39 самотеком поступает в сборный бункер 40, а затем в регенератор 41, где гранулы прокаливают до температу0 ры 1150-1450°С, охлаждают и по подвод щему пневмотрубопроводу 42 струей воздуха подсасываемой через сопло 43 в виде трубы Вентури из атмосферы компрессором 44, включаемым по команде регул то5 ра 45, направл ют в накопитель 46 с отбойным щитком 47 и поворотным дисковым питателем 48. Далее также самотеком по пневмотрубопроводу 49 из накопител  46 при открытой задвижке 38 подают необ0 ходимое количество свежего (отрегенериро- ванного) катализатора в первый рабочий участок 21 денитрирующего устройства 20. С целью снижени  энергозатрат на подачу отрегенерированного катализатора по5 еле регенератора в зону реакции приемное устройство пневмопривода выполнено в виде трубы Вентури.

8 случае работы газовой турбины 1 на режимах с низкой эмиссией окислов азота

0 от задатчика 4 сравнительного устройства подают команду на регул торы 6, 9, 50 приводов 7, 10, 51 на закрытие задвижек 8,52 и открытие задвижки 11. При этом обводной канал 5 отключают и выключают канал 2

5 газохода. Така  же команда от задатчика 4 сравнительного устройства поступает в случае потребности проведени  ремонтно- монтажных работ в газоходе.

Устройство очистки отход щих газов от

0 оксидов азота обеспечивает большие удельные поверхности контакта регулирующих масс газа с восстановительной средой в присутствии гранул катализатора и врем  их пребывани  в реакционной зоне, позвол ет

5 снизить токсичность дымовых газов на 99,5-100%, уменьшить более чем в 10 раз выход канцерогенов, исключить выброс сажистых частиц, продуктов химического недожога топлива и других веществ, включа 

0 С02 и 02, рекуперировать 10-12% теплоты и тем самым получить значительный экономический и социальный эффект.

Устройство очистки дымовых газов, облада  по сравнению с традиционными мето5 дами незначительной металлоемкостью, обладает следующими преимуществами: высокой эффективностью очистки отход щих газов, надежностью, повышенным сроком службы, простотой процесса, низкими трудозатратами при ремонтах.

Экономический эффект от внедрени  устройства составл ет 30 тыс, руб. в год на одно устройство с объемным расходом дымовых газов 600 тыс. мэ/ч.

Экологический эффект в насто щее вре- м  с ценить затруднительно, однако, нужно отметить, что он очень высок ибо св зан с жизнью и де тельностью персонала, а также жителей близрасположенных жилых пунктов . При наличии материала катализатора устройство может выполн тьс  собственными силами производственных объединений.

Claims (3)

1. Устройство дл  очистки дымовых газов от оксидов азота, содержащее газоход, в канале которого размещены слой катализатора и р ды распределительных трубок с сопловыми отверсти ми, отличающее- с   тем, что, с целью повышени  степени очистки и экономичности процесса, в его состзв дополнительно введено устройство элевэцйи и регенерации катализатора, содержащее бункер дл  гранул катализатора, регенератор, пневмотранспортные трубопроводы с задвижками, сопло в виде трубы Вентури, компрессор, накопитель с отбойным козырьком и дисковым питателем с ротором , к каналу газохода с установленным в

нем утилизационным теплообменником подсоединен обводной канал, входной участок которого имеет сопло с косым срезом в виде подвижного насадка с регул тором и приводом его выдвижени , в обводном канале установлено денитрирующее устройство , состо щее из двух рабочих участков в виде неравнопроходных тройников, в первом по ходу газа рабочем участке установлено устройство подачи и распределени  аммиака и аппарат с фонтанирующим слоем частиц катализатора, во втором участке установлено устройство подачи и распределени  перекиси водорода и пылеулавливани , с обводным каналом св зано устройство элевации и регенерации катализатора.

2.Устройство поп, 1,отличающее- с   тем, что устройства подачи и распределени  аммиака и перекиси водорода выполнены в виде кольцевых пилонов с ос ми, расположенными по радиусам центров равновеликих площадок, острые углы которых направлены навстречу потоку и снабжены соплами с центральными форсунками.

3.Устройс во поп 1,отличающее- с   тем, что обзодной канал подсоединен к газоходу под углом 45-50° к его продольной оси.

г

50

Фиг.1

Ю-15

Фиг. 2