СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА И СЕРЫ ИЗ ГОРЯЧИХ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 1995 года по МПК B01D53/34 C01B17/90 F23J15/00 

Изобретение относится к удалению оксидов азота и серы из горячих отходящих газов, особенно из топочных камер.

Известен способ удаления оксидов азота и серы из горячих отходящих газов, преимущественно из топочных камер, включающий подачу потока загрязненного газа в установку для удаления оксидов азота, вывод из нее очищенного от оксидов азота потока газа, пропускание его через теплопоглощающую зону вращающегося регенеративного теплообменника-массона- копителя, подачу его в установку для удаления оксидов серы, вывод очищенного от оксидов серы потока газа, пропускание его через теплоотдающую зону вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя и вывод потока очищенного газа в окружающую среду [1]
Этот известный способ осуществляют с помощью устройства, включающего установку удаления оксидов азота, вращающийся регенеративный теплообменник- массонакопитель с теплопоглощающей и теплоотдающей зонами, установленный на потоках загрязненного и очищенного газа, и установку для удаления оксидов серы [1]
В качестве установки использования тепла служит массонакопитель, который отбирает тепловую энергию из протекающего через полые пространства массонакопителя отходящего газа, накапливает ее и к более позднему моменту снова отдает ее выходящему из установки удаления оксидов серы очищенному газу.

При этом горячий отходящий газ охлаждается, в то время как зона массонакопителя, находящаяся в контакте с отходящим газом, нагревается. Напротив, холодный очищенный газ нагревается, находящаяся в теплообменном контакте с очищенным газом зона массонакопителя охлаждается. Такой вращающийся массонакопитель называют регенератором, в котором позднее снова подогревают холодный газовый поток, поэтому его называют также газоподогревателем с сокращением до специального выражения REGAVO (регенератор-газ-подогреватель).

Но после ввода в эксплуатацию первых установок для удаления оксидов азота, которые были включены перед установкой для удаления оксидов серы, оказалось, что теперь значительно больше SO₃ содержалось в отходящем газе, которая вступала в реакцию с водяным паром, образуя серную кислоту. Эта значительно большая часть серной кислоты в отходящем газе приводила к сравнительно высокой точке росы серной кислоты и тем самым к осаждению жидкой серной кислоты при охлаждении отходящего газа в REGAVO перед установкой для удаления оксидов серы. Последствием была сильная коррозия на REGAVO из-за осаждения жидкой серной кислоты и одновременно из-за загрязнения выходящего из установки для удаления оксидов серы чистого очищенного газа при прохождении через REGAVO вследствие коррозионных частиц из накапливаемой массы.

Более подробные исследования показали, что повышенное содержание SO₃ в отходящем газе можно объяснить каталитическим действием DENOX-катализатора, где часть SO₂-газа каталитически превращается в SO₃.

Кроме того, помимо значительных коррозионных повреждений на REGAVO благодаря высокой нагрузке по серной кислоте через установку удаления оксидов серы течет повышенное количество серной кислоты. Это количество попадает в дымовую трубу и тем самым в атмосферу. Другая часть осажденной на REGAVO жидкой серной кислоты при повторном нагревании очищенного газа снова выпаривается и направляется, таким образом, также непосредственно от накапливаемой массы REGAVO в более чистый поток очищенного газа и тем самым через дымовую трубу в атмосферу.

Цель данного изобретения состоит в повышении эффективности очистки и долговечности оборудования.

На фиг.1 показана схема устройства для удаления оксидов азота и серы из неочищенного газа; на фиг.2 диаграмма температур устройства; на фиг.3 схема второго варианта осуществления устройства для удаления оксидов азота и серы из неочищенного газа; на фиг.4 диаграмма температур второго варианта устройства; на фиг.5 схема третьего варианта осуществления устройства для удаления оксидов азота и серы из неочищенного газа; на фиг.6 диаграмма температур третьего варианта устройства; на фиг.7 схема четвертого варианта осуществления устройства для удаления оксидов азота и серы из неочищенного газа; на фиг. 8 диаграмма температур четвертого варианта устройства, ROG на фиг.1-8 обозначает поток неочищенного газа, который образован, например, при процессе сжигания на угольной электростанции. Поток неочищенного газа ROG при всех устройствах 1-4 фиг.1, 3, 5 и 7 подают через установку удаления оксидов азота 5 и через поглощающую тепло зону 6 регенератора на подогрев газа, называемого кратко REGAVO 7. Затем поток неочищенного газа ROG направляют на установку для удаления оксидов серы 8. Из установки для удаления оксидов серы 8 выходит затем поток очищенного газа REG, который подают через отдающую тепло зону 9 REGAVO 7, потом направляют в непоказанную наглядно подробнее дымовую трубу и оттуда в окружающую среду.

При варианте осуществления фиг.1 и 2 между установкой для удаления оксидов азота 5 и отдающей тепло зоной 6 REGAVO 7 заключена холодная ловушка 10, которая состоит из шлангов или труб из политетрафторэтилена. Эта включенная в поток неочищенного газа ROG холодная ловушка 10 через перепускные трубопроводы 11 из политетрафторэтилена соединена с подогревающей частью 12, которая включена в направлении потока очищенного газа подачи REGAVO 7 в поток очищенного газа REG. Подогревающая часть 12 также может состоять из шлангов или труб из политетрафторэтилена.

Далее фиг.1 и 2 позволяют констатировать, что другая холодная ловушка 13 расположена в направлении потока неочищенного газа ROG между поглощающей тепло зоной 6 REGAVO 7 и установкой удаления серы 8. Эта имеющая также шланги или трубы из политетрафторэтилена холодная ловушка 13 через перепускные трубопроводы 11 из политетрафторэтилена соединена по принципу текучей среды с подогревающей частью 14, которая включена в поток очищенного газа REG между установкой удаления оксидов серы 8 и отдающей тепло зоной 9 REGAVO 7. Эта подогревающая часть 14 также может иметь трубы или шланги из политетрафторэтилена.

При общем рассмотрении фиг.1 и 2 показывают, кроме того, что поступающий с установки для удаления оксидов азота 5 поток неочищенного газа ROG с температурой около 140^оС входит в холодную ловушку 10 и выходит из этой ловушки 10 с температурой около 130^оС. Поток неочищенного газа ROG поступает затем в REGAVO 7, где накапливается тепло, так что из потока неочищенного газа ROG это тепло отводится и он выходит из REGAVO 7 с температурой около 90^оС.

С этой температурой 90^оС поток неочищенного газа ROG поступает затем в холодную ловушку 13, в которой он снова теряет тепло, так что он выходит из холодной ловушки 13 и с температурой около 80^оС поступает на установку для удаления оксидов серы 8.

Поток очищенного газа REG выходит из установки для удаления оксидов серы 8 с температурой около 50^оС и нагревается в подогревающей части 14 приблизительно до 60^оС, причем он течет затем с этой температурой через отдающую тепло зону 9 REGAVO 7. В REGAVO 7 поток очищенного газа REG нагревают приблизительно до 100^оС. С этой температурой поток очищенного газа REG поступает в подогревающую часть 12, нагревается здесь приблизительно до 110^оС и с этой температурой входит в не показанную наглядно подробнее дымовую трубу.

Кроме того, фиг.1 и 2 позволяют констатировать, что температура холодной ловушки составляет перед REGAVO 7 приблизительно 115^оС и позади REGAVO 7 приблизительно 65^оС, в то время как температура подогревающей части 14 составляет в направлении потока очищенного газа перед REGAVO 7 около 75^оС и позади REGAVO 7 около 125^оС.

Температура REGAVO 7 колеблется приблизительно от 75^оС в поглощающей тепло зоне 6 приблизительно 115^оС в отдающей тепло зоне 9.

Благодаря расположению холодных ловушек 10 и 13 перед и позади REGAVO 7 можно осаждать в холодных ловушках 10, 13 большое количество паpообpазной серной кислоты, так что избегают коррозий на REGAVO 7, и вредная серная кислота не может попадать с потоком очищенного газа REG в атмосферу.

При варианте осуществления фиг.1 и 2 все холодные ловушки 10, 13 и подогревающие части 12, 14 имеют один и тот же размер.

Если рассматривать устройство 2 (фиг.3 и 4), то как включенная в направлении потока неочищенного газа в поток неочищенного газа ROG перед REGAVО 7, так и включенная в направлении потока очищенного газа перед REGAVO 7 в поток очищенного газа REG холодная ловушка 15, 16 имеет меньшие размеры, чем соединенные по принципу текучей среды через перепускные трубопроводы соответственно с этими холодными ловушками 15, 16 подогревающие части 17, 18, которые расположены в направлении потока неочищенного газа ROG или очищенного газа REG за REGAVO 7.

Различные размеры холодных ловушек 15, 16 по отношению к подогревающим частям 17, 18 связаны с тем свойством, что желательно оказывать влияние на температуру холодной ловушки.

Холодные ловушки 15, 16 и подогревающие части 17, 18 и также перепускные трубопроводы 11 могут быть сконструированы как соответствующие части варианта осуществления фиг.1 и 2.

Устройство 3 по фиг.5 и 6 имеет холодную ловушку 19, которая расположена в направлении потока неочищенного газа ROG между установкой удаления оксидов азота 5 и поглощающей тепло зоной 6 REGAVO 7.

Эта холодная ловушка 19 соединена по принципу текучей среды через перепускные трубопроводы 11 с подогревающей частью 20, которая заключена в направлении потока очищенного газа в поток очищенного газа REG между установкой удаления оксидов серы 8 и отдающей тепло зоной 9 REGAVO 7.

И в этом примере осуществления как холодная ловушка 19, так и в случае необходимости подогревающая часть 20 оснащена шлангами или трубами из политетрафторэтилена. Перепускные трубопроводы 11 между холодной ловушкой 19 и подогревающей частью 20 также состоят из политетрафторэтилена. Теплообменную среду в циркуляции холодной ловушки 19 (подогревающей части 20, как при вышеописанных устройствах 1 и 2, целесообразно образовывать из воды).

Подводимый с установки удаления оксидов азота 5 поток неочищенного газа ROG поступает с температурой около 140^оС в холодную ловушку 19 (см. фиг.5 и 6). При выходе из холодной ловушки 19 поток неочищенного газа ROG имеет температуру около 120^оС. Теперь эту температуру в поглощающей тепло зоне 6 REGAVO 7 снижают приблизительно до 80^оС. С этой температурой поток неочищенного газа ROG поступает на установку удаления оксидов серы 8.

Поток очищенного газа REG выходит из установки удаления оксидов серы 8 с температурой около 50^оС. В теплообмене с подогревающей средой 20 поток очищенного газа REG нагревают приблизительно до 70^оС. Теперь с этой температурой он проходит через отдающую тепло зону 9 REGAVO 7 и претерпевает дальнейшее повышение температуры приблизительно до 110^оС. С этой температурой поток очищенного газа REG через не показанную наглядно подробнее дымовую трубу выходит в атмосферу.

Далее из фиг. 5 и 6 видно, что температура REGAVO 7 в поглощающей тепло зоне 6 составляет около 75^оС и в отдающей тепло зоне 9 около 115^оС.

Температура холодной ловушки 19 составляет около 85^оС, в то время как температура подогревающей части 20 составляет около 105^оС.

Размер холодной ловушки 19 и подогревающей части 20 может быть идентичным. Но возможным является также то, что при варианте осуществления устройства 2 по фиг.3 и 4 холодная ловушка 19 рассчитана на меньший размер, чем подогревающая часть 20.

Фиг.7 и 8 показывают, наконец, устройство 4 для включения холодной ловушки, которое прежде всего снова как вариант осуществления фиг.5 и 6 имеет холодную ловушку 19 в потоке неочищенного газа ROG между установкой удаления оксидов азота 5 и поглощающей тепло зоной 6 REGAVO 7 и соединенную с ним по принципу текучей среды подогревающую часть 20 в потоке очищенного газа между установкой удаления оксидов серы 8 и отдающей тепло зоной 9 REGAVO 7. Холодная ловушка 19 и подогревающая часть 20 через перепускные трубопроводы 11 также соединены друг с другом по принципу текучей среды.

Кроме того, это устройство 4 имеет еще другую холодную ловушку 21 в потоке неочищенного газа ROG между расположенной после установки удаления оксидов азота холодной ловушкой 19 и поглощающей тепло зоной 6 REGAVO 7. Эта дополнительная холодная ловушка 21 через перепускные трубопроводы 22 соединена, например, с мокрой градирней 23. В перепускные трубопроводы 22 включены запорные арматуры 24.

Сверх этого можно увидеть, что к перепускным трубопроводам 22 между холодной ловушкой 21 и мокрой градирней 23 подключены соединительные трубопроводы 25, которые ведут к нормальной холодной ловушке 19. И в эти соединительные трубопроводы 25 включены запорные арматуры 24.

В зависимости от расположения запорных арматур 24 устройство 4 по фиг.7 и 8 может работать как чисто внутренняя ловушка с полной теплоотдачей подогревающей части 20, так и как смешанное включение только с частичной передачей тепла подогревающей части 20 и с частичной передачей тепла наружной мокрой градирне 23.

Холодные ловушки 19, 21 на фиг.7 и 8 как вышеописанные холодные ловушки имеют также трубы или шланги из политетрафторэтилена. Перепускные трубопроводы между холодной ловушкой 19 и подогревающей частью 20 или перепускные трубопроводы 22 между холодной ловушкой 21 и мокрой градирней 23 или перепускные трубопроводы 25 между перепускными трубопроводами 22 и холодной ловушкой 19 могут быть выполнены также из политетрафторэтилена.

Наконец, из фиг.7 и 8 еще можно увидеть, что поток неочищенного газа ROG поступает в холодную ловушку 19 с температурой около 140^оС. Поток неочищенного газа ROG выходит из холодной ловушки 19 с температурой около 130^оС и с этой температурой поступает в другую холодную ловушку 21, из которой он выходит с температурой около 125^оС.

Затем поток неочищенного газа ROG входит в поглощающую тепло зону 6 REGAVO 7 и выходит из REGAVO 7 с температурой около 80^оС, которая образует также температуру на входе потока неочищенного газа ROG в установку удаления оксидов серы 8.

Поток очищенного газа REG выходит из установки удаления оксидов серы 8 с температурой около 50^оС и поступает с этой температурой в подогревающую часть 20, из которой поток очищенного газа выходит затем с температурой около 60^оС.

Затем поток очищенного газа REG проходит через отдающую тепло зону 9 REGAVO 7 и выходит из него с температурой около 110^оС. С этой температурой поток очищенного газа REG переводят затем также в не показанную наглядно подробнее дымовую трубу, и, следовательно, в атмосферу.

Холодная ловушка 19 имеет температуру около 60^оС и связанная с этой холодной ловушкой 19 по принципу текучей среды подогревающая часть 20 имеет температуру около 70^оС.

Температуры REGAVO 7 колеблются между приблизительно 75^оС в поглощающей тепло зоне 6 и приблизительно 118^оС отдающей тепло зоне 9.

Холодная ловушка 21 имеет самую низкую температуру стенки около 25^оС, в то время как охлаждающая вода, поступающая из мокрой градирни 23, имеет температуру около 20^оС и нагревается приблизительно до 22^оС.

Для точности следует еще упомянуть, что на фиг.1, 3, 5 и 7 индексом 26 обозначен узел охлаждения, что обеспечивает температуру потока неочищенного газа ROG приблизительно 140^оС.

П р и м е р. Очистку газов проводили согласно фиг.3 с использованием низкотемпературной ловушки. Соответствующая диаграмма изменения температуры приведена на фиг.4.

Охлаждение газа в низкотемпературной ловушке происходило с 140 до 130^оС. Температура стенки устанавливалась 110-115^оС. По диаграмме точки росы кислоты содержащего 70 мг SO₃ на 1 м³ отходящего газа составляет 130^оС. Смачивание и конденсация кислоты на охлажденной до 115^оС поверхности происходили в соответствии с пунктирной линией точки росы воды до 10 мг SO₃ на м³.

Таким образом низкотемпературная ловушка перед RECAVO действует как ловушка кислоты. Улавливание кислоты способствует снижению коррозионной активности газа и повышению долговечности оборудования.

Использование: очистка горячих топочных газов от NO_x SO_x и паров H₂SO₄. Сущность изобретения: поток загрязненного газа подают в установку для удаления NO_x, после чего конденсируют пары H₂SO₄ при частичном охлаждении потока с выводом конденсата. Затем поток пропускают через теплопоглощающую зону вращающегося регенеративного теплообменника - массонакопителя. После этого поток газа подают в установку для удаления оксидов серы. Очищенный поток пропускают через теплоотдающую зону вращающегося регенеративного теплообменника - массонакопителя и выводят в окружающую среду. Отработанное при этом тепло возвращают потоку очищенного газа перед его контактом с теплоотдающей зоной. В другом варианте пары H₂SO₄ конденсируют перед контактом и после контакта газового потока с теплопоглощающей зоной вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя. Тепло, отобранное из потока перед его контактом с теплопоглощающей зоной регенератора, возвращают потоку очищенного газа после его контакта с теплоотдающей зоной, а тепло, отобранное из потока после его контакта с теплопоглощающей зоной возвращают потоку очищенного газа перед его контактом с теплоотдающей зоной. Устройство для осуществления способа содержит последовательно расположенные на потоке газа установку удаления NO_x регенеративный теплообменник-массонакопитель и установку удаления SO_x. Устройство снабжено холодной ловушкой, установленной перед теплопоглощающей зоной регенератора, и подогревателем, размещенным на потоке очищенного газа и соединенным с холодной ловушкой по принципу текучей среды. 4 с. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ удаления оксидов азота и серы из горячих отходящих газов преимущественно из топочных камер, включающий подачу потока указанного загрязненного газа в установку для удаления оксидов азота, вывод из нее очищенного от оксидов азота потока газа, пропускание этого потока через теплопоглощающую зону вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя, подачу его в установку для удаления оксидов серы, вывод очищенного от оксидов серы потока газа, пропускание его через теплоотдающую зону вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя и вывод потока очищенного газа в окружающую среду, отличающийся тем, что из потока очищенного от оксидов азота газа перед его контактом с теплопоглощающей зоной вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя конденсируют парообразную серную кислоту при частичном охлаждении этого потока, отобранное при этом тепло возвращают потоку очищенного газа перед его контактом с теплоотдающей зоной вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя, а полученный конденсат серной кислоты выводят из процесса. 2. Способ удаления оксидов азота и серы из горячих отходящих газов преимущественно из топочных камер, включающий подачу потока указанного загрязненного газа в установку для удаления оксидов азота, вывод из нее очищенного от оксидов азота потока газа, пропускание этого потока через теплопоглощающую зону вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя, подачу его в установку для удаления оксидов серы, вывод очищенного от оксидов серы потока газа, пропускание его через теплоотдающую зону вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя и вывод потока очищенного газа в окружающую среду, отличающийся тем, что из потока очищенного от оксидов азота газа перед его контактом и после контакта с теплопоглощающей зоной вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя конденсируют парообразную серную кислоту при частичном охлаждении этого потока, при этом тепло, отобранное из потока газа перед его контактом с теплопоглощающей зоной вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя, возвращают потоку очищенного газа после его контакта с теплоотдающей зоной вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя, а тепло, отобранное из потока газа после его контакта с теплопоглощающей зоной регенеративного теплообменника-массонакопителя, возвращают потоку очищенного газа перед его контактом с теплоотдающей зоной вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя. 3. Устройство для удаления оксидов азота и серы из горячих отходящих газов преимущественно из топочных камер, содержащее последовательно расположенные на потоке неочищенного газа установку удаления оксидов азота, теплопоглощающую поверхность вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя, установку удаления оксидов серы и размещенную после установки удаления оксидов серы на потоке очищенного газа теплоотдающую поверхность упомянутого вращающегося регеративного теплообменника-массонакопителя, отличающееся тем, что устройство снабжено холодной ловушкой, установленной на потоке неочищенного газа перед теплопоглощающей поверхностью регенеративного теплообменника-массонакопителя, и подогревателем, размещенным перед теплоотдающей поверхностью вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя на потоке очищенного газа и соединенным с холодной ловушкой трубопроводами по принципу текучей среды. 4. Устройство для удаления оксидов азота и серы из горячих отходящих газов, преимущественно из топочных камер, содержащее последовательно расположенные на потоке неочищенного газа установку удаления оксидов азота, теплопоглощающую поверхность вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя, установку удаления оксидов серы и размещенную после установки удаления оксидов серы на потоке очищенного газа теплоотдающую поверхность упомянутого вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя, отличающееся тем, что устройство снабжено первой холодной ловушкой, установленной на потоке неочищенного газа перед теплопоглощающей поверхностью регенеративного теплообменника-массонакопителя, и первым подогревателем, размещенным после теплоотдающей поверхности вращающего регенеративного теплообменника-массонакопителя на потоке очищенного газа и соединенным с холодной ловушкой трубопроводами по принципу текучей среды, дополнительно устройство снабжено второй холодной ловушкой и вторым подогревателем, соединенными друг с другом трубопроводами по принципу текучей среды, при этом вторая холодная ловушка размещена на потоке неочищенного газа после вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя, в второй подогреватель на потоке очищенного газа перед вращающимся регенеративным теплообменником-массонакопителем. 5. Устройство по п. 3 или 4, отличающееся тем, что холодные ловушки и подогреватели имеют одинаковый размер. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что холодная ловушка имеет меньший размер, чем размещенный на потоке очищенного газа перед регенеративным теплообменником подогреватель. 7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что первая ловушка имеет меньший размер, чем размещенный на потоке очищенного газа после вращающегося регенеративного теплообменника-массонакопителя первый подогреватель, а вторая холодная ловушка имеет больший размер, чем второй подогреватель. 8. Устройство по п.3 или 6, отличающееся тем, что оно снабжено источником наружного охлаждения и второй холодной ловушкой, размещенной на потоке неочищенного газа между первой холодной ловушкой и вращающимся регенеративным теплообменником-массонакопителем, и соединенной переходными трубопроводами по принцицу текучей среды с источником наружного охлаждения. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что источник наружного охлаждения выполнен в виде составной части градирни. 10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что первая холодная ловушка посредством трубопроводов с запорной арматурой соединена через переходные трубопроводы с второй холодной ловушкой и через переходные трубопроводы и запорную арматуру с источником наружного охлаждения. 11. Устройство по пп.3 -10, отличающееся тем, что холодные ловушки снабжены шлангами или трубами из коррозионностойкой и антиадгезионной пластмассы. 12. Устройство по пп. 3-11, отличающееся тем, что холодные ловушки и трубопроводы между ловушками и подогревателями выполнены из политетрафторэтилена, поливинилиденфторида или полипропилена или покрыты этими материалами. 13. Устройство по пп.3-10, отличающееся тем, что холодные ловушки, подогреватели и трубопроводы между ними образуют тепловые трубы.