Способ и устройство для очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливаемых компонентов

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки дымовых газов теплоэнергетических установок от окислов азота и окислов серы. Способ включает в себя охлаждение дымовых газов до температуры ниже температуры точки росы, конденсацию водяных паров в трубчатом теплообменнике с образованием свежего конденсата, дальнейшее охлаждение их наружным воздухом и абсорбцию окислов азота и окислов серы в абсорбционной секции в противоточном контакте с пленкой рециркуляционного конденсата, насыщенного озоном, кислородом и кислотными компонентами в подъемной трубе эрлифта, охлаждение также наружным воздухом, абсорбцию окислов азота и окислов серы в прямоточном контакте с пленкой насыщенного конденсата, очистку от капель уносимого конденсата в сепарационной секции, удаление очищенных дымовых газов из зоны обработки, очистку кислого конденсата от кислых компонентов в анионитовом фильтре и подачу его в питательную воду. Устройство содержит транзитный газоход, шибера, параллельный газоход, в котором размещена зона обработки, состоящая из трубчатого теплообменника, абсорбционной секции с подъемной трубой эрлифта, сепарационной секции, выполненных в виде вертикальных трубчатых теплообменников, соединенных между собой вверху переточной камерой, внизу гидрозатвором, общий поддон, конденсатопровод и анионитовый фильтр. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки дымовых газов от окислов азота и окислов серы с одновременной утилизацией их тепла и улавливаемых компонентов. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки дымовых газов теплоэнергетических установок от окислов азота и окислов серы.

Известен способ очистки дымовых газов от кислых загрязнителей, заключающийся в том, что поток дымовых газов пропускают через зону охлаждения, где газы охлаждаются через стенку трубчатого холодильника до температуры ниже температуры точки росы. При этом на поверхности стенок трубок холодильника образуется конденсат, содержащий кислотные компоненты, который контактирует с охлажденными дымовыми газами и улавливает кислые загрязнители [1].

Основными недостатками известного способа являются низкая эффективность очистки дымовых газов от окислов азота и окислов серы, обусловленная низкой скоростью окисления окислов азота и серы в атмосфере дымовых газов, недостаточной растворимостью их в кислом конденсате и невозможностью утилизации уловленных компонентов.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ для удаления окислов азота и окислов серы из дымовых газов, заключающийся в том, что дымовые газы охлаждают до температуры ниже температуры точки росы с конденсацией водяных паров в трубчатом теплообменнике, смешивают с газом, содержащим аммиак, для нейтрализации кислотных компонентов и отводят образовавшийся конденсат и очищенные дымовые газы. Устройство, в котором осуществляется данный способ, представляет собой часть газохода (зона обработки) с размещенными в нем теплообменной и абсорбционной секциями, представляющими собой трубчатый теплообменник [2].

К недостаткам известного способа относятся использование аммиака для нейтрализации кислотных компонентов в зоне обработки, непрореагировавшая часть которого выбрасывается в атмосферу, возможность уноса капель конденсата очищенными дымовыми газами, отсутствие утилизации уловленных из дымовых газов окислов азота, окислов серы и конденсата водяных паров, в результате чего снижается экологическая и экономическая эффективность очистки дымовых газов от окислов азота и окислов серы.

Основными недостатками известного устройства являются размещение оборудования в газоходе котла, что снижает надежность работы теплоэнергетической установки в целом (например, при отказе или ремонте теплообменника), невозможность оборудования системой очистки действующих теплоэнергетических установок, что увеличивает стоимость реконструкции, ограниченное число ступеней межфазного контакта в абсорбционной секции, отсутствие оборудования для предотвращения уноса капель конденсата и утилизации уловленных окислов азота, окислов серы и конденсата водяных паров, в результате чего снижается эффективность работы устройства.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение экологической и экономической эффективности очистки дымовых газов от окислов азота и окислов серы с одновременной утилизацией тепла и улавливаемых компонентов.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ включает в себя охлаждение дымовых газов до температуры ниже температуры точки росы, конденсацию водяных паров в трубчатом теплообменнике, отвод конденсата и очищенных дымовых газов, насыщение рециркуляционного конденсата озоном и кислородом воздуха и подъем его в подъемной трубе эрлифта в результате смешения с озоновоздушной смесью, распределение насыщенного конденсата по абсорбционной секции через распределитель жидкости, окисление и абсорбцию окислов азота и окислов серы насыщенным конденсатом с образованием кислого конденсата, стекающего в поддон, частичную десорбцию озона и кислорода из насыщенного конденсата, смешение их с дымовыми газами, отвод части кислого конденсата, причем процессы окисления и абсорбции окислов азота и окислов серы из дымовых газов сопровождают их охлаждением и проводят в противоточном контакте с движущейся вниз пленкой насыщенного конденсата на внутренней поверхности труб абсорбционной секции, охлаждаемых наружным воздухом, после чего дымовые газы дополнительно охлаждают и очищают от капель уносимого насыщенного конденсата, окислов азота и окислов серы в прямоточном контакте с движущейся вниз пленкой конденсата на внутренней поверхности труб сепарационной секции, охлаждаемых наружным воздухом, выводимый из поддона кислый конденсат подают на очистку от кислотных компонентов в анионитовый фильтр, после чего добавляют в питательную воду, а уловленные кислотные остатки выводят в процессе регенерации анионитового фильтра в виде солевого раствора.

Задача решается еще и тем, что устройство для очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливаемых компонентов содержит зону обработки в газоходе с размещенными в ней теплообменной и абсорбционной секциями, причем дополнительно устройство содержит переточную камеру, распределитель жидкости, порог, подъемную трубу эрлифта, поддон с гидрозатвором, зона обработки размещена в параллельном газоходе, снабженном входным и выходным шиберами, транзитный газоход снабжен шибером, размещенным между входом и выходом в параллельном газоходе, абсорбционная секция выполнена в виде вертикального трубчатого теплообменника с размещенной в нем коаксиально подъемной трубой эрлифта, устье которой устроено в центре распределителя жидкости, представляющего собой верхнюю трубную доску, над плоскостью которой расположены с возвышением трубы с треугольными прорезями на верхних торцах по всей окружности, переточная камера соединяет абсорбционную с сепарационной секцией, выполненной в виде вертикального трубчатого теплообменника, а днище поддона соединено трубопроводом с анионитовым фильтром.

Способ реализуется в устройстве, которое изображено на чертеже.

Устройство для очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливаемых компонентов содержит транзитный газоход 1 с шибером 2, зону обработки, состоящую из параллельного газохода 3 с входным и выходным шиберами 4 и 5 соответственно, теплообменной секции 6, выполненной в виде вертикального трубчатого теплообменника, абсорбционной секции 7, выполненной также в виде вертикального трубчатого теплообменника с поддоном 8, и размещенной в них коаксиально подъемной трубой эрлифта 9, устье которой устроено в центре распределителя жидкости 10, представляющего собой верхнюю трубную доску трубчатого теплообменника абсорбционной секции 7, над плоскостью которой расположены с возвышением трубы с треугольными прорезями на верхних торцах по всей окружности, сепарационной секции 11, выполненной в виде вертикального трубчатого теплообменника и соединенной с абсорбционной секцией 7 переточной камерой 12, перегородки 13, разделяющей абсорбционную и сепарационную секции 7 и 11, и образующей в переточной камере 12 порог 14, гидрозатвор 15 и воздуховод 16 в поддоне 8, соединенном трубопроводом 17 с анионитовым фильтром 18.

Предлагаемый способ для очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливаемых компонентов осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом. Дымовые газы из транзитного газохода 1 направляются через параллельный газоход 3 в зону обработки путем открытия шиберов 4,5 и закрытия шибера 2 в межтрубное пространство трубчатого теплообменника 6, по трубам которого циркулирует хладоагент (например, питательная вода или дутьевой воздух), где охлаждаются до температуры ниже точки росы и равной (80-90)^oС, значение которой принято из условий обеспечения конденсации водяных паров, находящихся в дымовых газах, и начала реакции окисления труднорастворимой окиси азота (NO) в легкорастворимую двуокись азота (NO₂), соединяющуюся с водой с образованием азотной кислоты (HNO₃). Образовавшийся свежий конденсат стекает по наружной поверхности труб трубчатого теплообменника 6 в поддон 8, а охлажденные дымовые газы поступают в трубное пространство абсорбционной секции 7, наружную поверхность труб которой омывают наружным воздухом и контактируют на внутренней поверхности труб абсорбционной секции 7 в противотоке со стекающим вниз в поддон 8 в виде пленки, что обеспечивает максимальную движущуюся силу абсорбции и минимальное гидравлическое сопротивление аппарата [3, с. 264, 4, с.632], рециркуляционным конденсатом, насыщенным озоном, кислородом и кислотными компонентами с образованием двуокиси азота (NO₂), серного ангидрида (SO₃), их абсорбцией с образованием азотной и серной кислот (HNO₃ и Н₂SO₄), причем в результате охлаждения дымовых газов наружным воздухом за счет теплообмена через стенки труб абсорбционной секции 7 от (80-90)^oС до (50-60)^oС скорости реакций окисления окислов азота и абсорбции их водой значительно возрастают [5, с.275, 6, с.348], через переточную камеру 12, где смешиваются с озоном и кислородом, частично десорбирующимися из насыщенного рециркуляционного конденсата на распределителе жидкости 10, поступают в трубное пространство сепарационной секции 11, где за счет теплообмена с наружным воздухом через стенки труб сепарационной секции 11 охлаждаются от (50-60)^oС до (30-40)^oС, очищаясь в результате вышеописанных процессов в прямоточном контакте со стекающей вниз пленкой конденсата, и осаждения на внутренней поверхности труб уносимых капель конденсата, после чего через газоход 1 выводится в атмосферу, а конденсат, насыщенный окислами азота, окислами серы и кислотными компонентами, через гидрозатвор 15 попадает в поддон 8, где смешивается со свежим конденсатом из трубчатого теплообменника 6 и насыщенным конденсатом из абсорбционной секции 7, образуя кислый конденсат (смесь разбавленной азотной и серной кислот), большую часть которого смешивают с озоновоздушной смесью, поступающей по воздухопроводу 16 в нижнюю часть подъемной трубы эрлифта 9 (подачу озоновоздушной смеси начинают при накоплении в поддоне 8 достаточного для проведения процесса абсорбции количества конденсата), образуя газожидкостную эмульсию, поднимающуюся вверх по подъемной трубе эрлифта 9 за счет своего малого удельного веса с одновременным поглощением озона и кислорода из озоновоздушной смеси, их химическим взаимодействием с компонентами кислого конденсата и через устье трубы эрлифта 9 поступает на распределитель жидкости 10, откуда через треугольные водосливы, конструкция которых обеспечивает равномерное истечение жидкости [7, с.171], распределяется по внутренней поверхности труб абсорбционной секции 7, стекая вниз в поддон 8 в виде пленки, контактируя при этом с дымовыми газами с протеканием вышеописанных процессов, а другую часть кислого конденсата, равную количеству конденсата в дымовых газах (отбор начинается после накопления в поддоне 8 достаточного для проведения процесса очистки количества конденсата) подают через конденсатопровод 17 в анионитовый фильтр 18 для очистки от кислотных компонентов [8, с.424], после чего очищенный конденсат добавляют в питательную воду, а уловленные анионитовым фильтром 18 в процессе его регенерации кислотные остатки в виде солевого раствора направляются в хранилище для последующей отправки потребителю.

В случае отказа какого-либо элемента устройства очистки или для ремонта открывают шибер 2 газохода 1, закрывают шибера 4 и 5, не нарушая режима работы теплоэнергетического агрегата в целом.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство обеспечивают повышение экологической и экономической эффективности очистки дымовых газов от окислов азота и окислов серы с одновременной утилизацией тепла и улавливаемых компонентов.

Источники информации 1. Заявка Франции N 2592812, МКл.⁴ B 01 D 53/34, 1986.

2. Патент США N 4753784, МКл.⁴ В 01 D 53/00, 1988.

3. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1987, 496 с.

4. Кафаров В.В. Основы массопередачи. - М.: Высшая школа, 1962, 655 с.

5. Неницеску К. Общая химия. - М.: Мир, 1968, 816 с.

6. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. - М.: Высшая школа, 1985, 448 с.

7. Большаков В.А., Попов В.Н. Гидравлика. - К.: Вища школа, 1989, 215 с.

8. Абрамов Н.Н. и др. Водоснабжение. - М.: Госстройиздат, 1960, 579 с.

Формула изобретения

1. Способ очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливаемых компонентов, включающий охлаждение дымовых газов до температуры ниже температуры точки росы, конденсацию водяных паров в трубчатом теплообменнике, отвод конденсата и очищенных дымовых газов, отличающийся тем, что проводят насыщение рециркуляционного конденсата озоном и кислородом воздуха и подъем его в подъемной трубе эрлифта в результате смешения с озоновоздушной смесью, распределение насыщенного конденсата по абсорбционной секции через распределитель жидкости, окисление и абсорбцию окислов азота и окислов серы насыщенным конденсатом с образованием кислого конденсата, стекающего в поддон, частичную десорбцию озона и кислорода из насыщенного конденсата, смешение их с дымовыми газами, отвод части кислого конденсата, причем процессы окисления и абсорбции окислов азота и окислов серы из дымовых газов сопровождают их охлаждением и проводят в противоточном контакте с движущейся вниз пленкой насыщенного конденсата на внутренней поверхности труб абсорбционной секции, охлаждаемых наружным воздухом, после чего дымовые газы дополнительно охлаждают и очищают от капель уносимого насыщенного конденсата, окислов азота и окислов серы в прямоточном контакте с движущейся вниз пленкой конденсата на внутренней поверхности труб сепарационной секции, охлаждаемых наружным воздухом, выводимый из поддона кислый конденсат подают на очистку от кислотных компонентов в анионитовый фильтр, после чего добавляют в питательную воду, а уловленные кислотные остатки выводят в процессе регенерации анионитового фильтра в виде солевого раствора.

2. Устройство для очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливаемых компонентов, содержащее зону обработки в газоходе с размещенными в ней теплообменной и абсорбционной секциями, отличающееся тем, что устройство содержит переточную камеру, распределитель жидкости, порог, подъемную трубу эрлифта, поддон с гидрозатвором, зона обработки размещена в параллельном газоходе, снабженном входным и выходным шиберами, транзитный газоход снабжен шибером, размещенным между входом и выходом в параллельном газоходе, абсорбционная секция выполнена в виде вертикального трубчатого теплообменника с размещенной в нем коаксиально подъемной трубой эрлифта, устье которой устроено в центре распределителя жидкости, представляющего собой верхнюю трубную доску, над плоскостью которой расположены с возвышением трубы с треугольными прорезями на верхних торцах по всей окружности, переточная камера соединяет абсорбционную с сепарационной секцией, выполненной в виде вертикального трубчатого теплообменника, а днище поддона соединено трубопроводом с анионитовым фильтром.

РИСУНКИ

Рисунок 1