СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ И ОЧИСТКИ СОДЕРЖАЩЕГО СВЕРХТОНКИЕ ЧАСТИЦЫ ГОРЯЧЕГО ГАЗА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B01D47/05 B01D47/06 

Изобретение относится к способу охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа, например генераторного газа, получаемого в плавильном газогенераторе установки газификации угля, или доменного газа из установки восстановительной плавки, в насадочном скруббере для предварительной промывки, а затем в скруббере с кольцевым зазором, а также к устройству для осуществления указанного способа.

Газы из установки восстановительной плавки или из газогенератора для газификации угля в расплаве солей содержат в больших количествах сверхтонкие частицы пыли, т.е. частицы пыли размером приблизительно 1 мкм, такие частицы могут быть отделены лишь с затратой весьма значительных усилий путем мокрой газоочистки в скрубберах, соответствующих данному назначению типов, например в скрубберах с кольцевым зазором, что сопровождается высокими потерями давления или скоростей газа, поскольку их свойства близки к свойствам газа.

Даже при больших энергетических затратах едва ли возможно добиться снижения концентраций пыли до уровня 5 мг/Нм³, если из соображений защиты окружающей среды и ввиду необходимости обрабатывать большие объемы газа не использовать добавки смачивающего агента.

Поскольку газы из вышеупомянутых установок представляют собой отходящие газы с относительно высокой теплотворной способностью, которые целесообразно использовать в газовых турбинах с очень высоким КПД, порядка 46% для выработки электроэнергии необходимо, чтобы содержание пыли в газе после промывки было ниже 5 мг/Нм³.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному способу является способ [1] который для улучшения очистки газа включает формирование в газе, содержащем нежелательные компоненты, ядер конденсации, содержащих эти компоненты, что способствует их отделению при последующем орошении газа в оросительном скруббере или при использовании для отделения примесей инерционного сепаратора. Отходящий газ вначале поступает в холодильник, где его насыщают холодной водой, подаваемой через распылительные сопла, а затем в конденсатор-абсорбер, в который также вводят холодную воду через дополнительные сопла. Однако использование холодной воды не позволяет достичь высокой эффективности отделения ультратонких частиц с получением очищенного газа, содержащего менее 5 мг/Нм³ пыли.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой установке является установка [2] для очистки газа от загрязняющих его частиц, содержащая испарительный холодильник, за которым установлен обогреваемый снаружи циклонный сепаратор, после которого следует орошаемый насадочный скруббер и далее сепаратор. Температуру в испарительном холодильнике поддерживают выше точки росы. Однако известная установка также не обеспечивает достаточного эффективного отделения ультратонких частиц, поскольку степень очистки газа от пыли в испарительном холодильнике невысока и, кроме того, требуются высокие энергозатраты на обогрев сепаратора. Помимо этого, нагревание воды, подаваемой в испарительный холодильник, происходит через стенку, что не позволяет полностью утилизировать теплосодержание отходящих газов.

Задачей настоящего изобретения является создание такого способа и такой установки для очистки и охлаждения горячего газа, содержащего сверхтонкие частицы, которые бы позволили повысить эффективность отделения сверхтонких частиц для получения очищенного газа, содержащего меньшее количество пыли, без существенного увеличения энергозатрат на осуществление способа.

В соответствии с настоящим изобретением поставленная задача решается тем, что в способе охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа в насадочном скруббере предварительной промывки, а затем в скруббере с кольцевым зазором горячий газ перед подачей в насадочный скруббер подвергают сатурационной промывке, во время которой частицы пыли смачивают, а газ охлаждают путем насыщения его паром по меньшей мере приблизительно до предела насыщения, утилизируя при этом существенную часть его теплосодержания для испарения горячей воды, подаваемой на сатурационную промывку при температуре не ниже 60^oC по возможности ближе к выходу газа из технологического устройства, при этом процесс осуществляют в установке, содержащей насадочный скруббер и установленный за ним по ходу газового потока скруббер с кольцевым зазором, в которой перед насадочным скруббером установлена проходящая сверху вниз длинная сатурационная труба, в нижней части которой образован скруббер с кольцевым зазором, при этом выпускной конец патрубка выхода газа из последнего расположен под насадкой насадочного скруббера.

Таким образом, энергосодержание горячего газа в форме энтальпийной составляющей используют для испарения добавляемой горячей воды при одновременном охлаждении газа. Вследствие образования большого количества пара сверхтонкие частицы пыли в значительной мере смачиваются, что облегчает их последующее отделение, способствуя таким образом достижению очень высокой степени чистоты газа.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения для охлаждения горячего газа до точки насыщения паром в операции сатурационной промывки подают горячую воду при температуре не ниже 60^oC. Поэтому теплосодержание газа используют не столько для повышения температуры воды при ее подаче с начальной температурой около 30^oC, сколько для ее испарения, благодаря чему и достигается требуемое высокое содержание пара в газе. Если принять температуру газа на входе равной 300^oC, точку насыщения равной 105^oC при повышенном давлении в два бара, количество горячей воды при 70^oC из расчета 1 л/Нм³ газа и нагрев воды от 70^oC до 105^oC, то содержание пара в газе увеличится приблизительно на 5% В случае обычно используемой холодной воды при температуре 30^oC теоретическим должна даже происходить конденсация пара. При температуре газа 500^oC при неизменных прочих условиях содержание пара в газе увеличивается приблизительно на 20%
В случае быстрого конденсирования части пара в насадочном скруббере, а затем в скруббере с кольцевым зазором и при соприкосновении с холодной или более прохладной водой увлажненные частицы пыли образуют центры конденсации с последующим отделением вместе с образующимися капельками конденсата.

В результате применения предлагаемого изобретения эффективность отделения можно повысить до такой степени, чтобы пылесодержание не превышало 5 мг/Нм³.

Помимо увеличения содержания пара в газе длительный контакт между горячей водой, паром и частицами пыли в операции сатурационной промывки оказывает положительное воздействие на результаты промывки. Поэтому в соответствии с одним из эффективных вариантов осуществления изобретения горячую воду подают в отводящий горячий газ трубопровод вблизи выхода газа из газогенераторного устройства.

В соответствии с еще одним очень эффективным вариантом осуществления изобретения испарение горячей воды происходит в операции сатурационной промывки при пропускании горячего газа и горячей воды прямотоком по ведущему вертикально вниз трубопроводу. Высоту трубопровода горячего газа, подаваемого на относительно высокой отметке из-за того, что выход газа расположен в верхней части газогенераторных устройств, целесообразно использовать для подачи воды на этой высокой отметке с тем, чтобы она стекала с большой высоты вместе с горячим газом. Таким образом, при использовании данного местоположения с ограниченными пространственными возможностями обеспечивают тракт значительной длины для совместного протекания, в пределах которого под воздействием кинетической энергии нисходящего потока воды и скорости потока газа происходит распыление воды с соответствующим дальнейшим повышением эффективности промывки. Предпочтительно подавать горячий газ и горячую воду по вертикальному трубопроводу к скрубберу с кольцевым зазором, в котором отделяется значительная часть увлажненных в вертикальном трубопроводе частиц пыли.

В соответствии с одним из эффективных вариантов осуществления изобретения за операцией сатурационной промывки следует еще две операции охлаждения и промывки, причем на конечную стадию охлаждения и промывки предпочтительно подают очищенную холодную воду, которую в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения подают на основную операцию охлаждения и промывки после прохождения конечной указанной операции охлаждения и промывки, осуществляя таким образом ее предварительный подогрев. Для усиления данного эффекта соответственно большую часть воды, поступающей на основную операцию охлаждения и промывки, подают на первую операцию сатурационной промывки.

Предпочтительное многократное использование промывной воды приводит к снижению необходимого количества исходной воды и одновременному повышению температуры обратной воды. Повышение на 10^oC температуры обратной воды и уменьшение количества циркулирующей воды в большей степени способствуют снижению растворимости газов или общего количества растворенных газов, поэтому с водой из системы уходит гораздо меньшее количество газов, в особенности высокотоксичного оксида углерода.

В соответствии с настоящим изобретением установка для осуществления описанного способа, содержащая скруббер с насадкой, расположенный по ходу газового потока, и установленный за ним скруббер с кольцевым зазором, выполнена таким образом, что перед насадочным скруббером предварительной промывки установлена проходящая сверху вниз длинная вертикальная труба, в нижней части которой образован скруббер с кольцевым зазором, выпускной конец которого расположен под насадкой насадочного скруббера.

В соответствии с одним из эффективных вариантов осуществления изобретения после последнего скруббера 32 последовательно установлены два сепаратора.

Ниже следует подробное описание изобретения на примере одного из вариантов его осуществления и прилагаемого чертежа, на котором схематически изображена установка для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, установленная за генератором горячего газа.

Условно изображенный генератор 10 вблизи верхней части снабжен выпускным отверстием 12 для газа, соединенным с помощью колена 14 операцией сатурационной промывки 16, осуществляемой посредством трубы 20, проходящей вертикально сверху вниз к первому скрубберу 18 с кольцевым зазором. Верхний конец трубы 20 снабжен патрубком горячей воды 22, в который с помощью насоса горячей воды 24 по трубе 26 подают горячую воду при температуре, например, 70^oC. За время, что горячая вода протекает по трубе 20 в одном направлении с горячим газом, она отбирает у указанного горячего газа физическое тепло, в результате чего образуется в большом количестве водяной пар, и газ насыщается паром по меньшей мере приблизительно до предела насыщения, благодаря чему захваченные газом сверхтонкие частицы в значительной мере подвергаются смачиванию и в процессе конденсации влаги на последующих стадиях играют роль зародышей при образовании капель и могут быть отделены вместе с каплями конденсата.

Благодаря кинетической энергии воды, стекающей по длинной трубе 20 и воздействию скорости газового потока, вода в трубе 20 подвергается распылению еще до того, как в нижней части трубы разбивается о конический элемент кольцевого зазора скруббера 18, способствуя таким образом повышению эффективности отделения пыли в скруббере 18 с кольцевым зазором.

Далее смесь газа, пыли и воды стекает в ту часть насадочного скруббера 30, которая расположена ниже насадки 29 и в которой в качестве холодной воды для охлаждения и промывки используют промывную воду, предварительно подогретую в конечной операции охлаждения и промывки. Значительная часть содержащегося в газе пара конденсируется в насадке 29 и здесь же отделяется еще одна и значительная часть пыли.

Подогретую тем временем до 60 70^oC воду подают с помощью насоса горячей воды 24 в патрубок горячей воды 22, а остаток этой воды направляют по обратной линии 35 на водоподготовку.

Непосредственно перед поступлением газа, выходящего из насадочного скруббера 30 и содержащего в довольно большом количестве пар, в отрезок трубы Вентури второго скруббера 32 с кольцевым зазором значительная часть подаваемой по трубопроводу 33 очищенной холодной воды под действием высокого давления образует мелкие капли, которые в трубе Вентури скруббера 32 с кольцевым зазором распыляются на еще более мелкие частицы или капли под воздействием исключительно высокой скорости газового потока. Таким образом происходит очень интенсивное взаимодействие частиц пыли и воды, которые затем отделяются в последующем сепараторе 34.

Исключительно быстрая конденсация пара в указанном скруббере способствует налипанию частиц пыли на капли воды и повышению эффективности отделения в указанном скруббере 32.

Многократное применение исходного количества воды целесообразно не только потому, что повышается эффективность промывки системы мокрой газоочистки, выражающаяся в том, что первоначально забранную холодную воду подвергают ступенчатому нагреву и частично испаряют на первой операции промывки 16, но также и потому, что данная операция позволяет нагревать промывную воду по крайней мере на 10^oC выше нормального значения температуры и соответственно снижать количество циркулирующей воды на 30% а это не только значительно снижает капитальные вложения в систему водоподготовки, но и существенно уменьшает требующиеся для нее площади.

Если вспомнить, что площадь одного только отстойника в чугунолитейном производстве мощностью 1000 т/ч составляет приблизительно 4000 м², становится ясным, какого рода преимущества дает снижение площади под отстойник до 3000 м².

При использовании обратной воды в небольшом количестве и с повышенной температурой из системы мокрой газоочистки, работающей под избыточным давлением, вытесняется гораздо меньше газа, так что вблизи водоподготовительной установки в окружающую среду уходит гораздо меньше оксида углерода.

В случае указанных газогенераторных установок повышение температуры воды в обратной линии 35 с обычных 60 до 70^oC не приводит к образованию обычной накипи или других осадков в системе мокрой газоочистки, поскольку газы с установок восстановления железных руд имеют высокое содержание диоксида углерода, и при повышенном избыточном давлении порядка 2 баров даже на наиболее горячих участках, т.е. на первой операции промывки 16 и в основной операции промывки 30 в воде присутствует большой объем растворенного диоксида углерода. Благодаря растворенному в воде диоксиду углерода проблемы накипеобразования из воды не возникает даже при температурах свыше 80^oC, поэтому не требуется никаких специальных мер по подготовке добавляемой воды. Использование первоначально забираемой подготовленной воды на конечной стадии промывки 32 косвенным образом способствует повышению эффективности отделения в промывном устройстве. Как известно, небольшую часть содержащихся в газе капель воды не удается отделить в установленном далее сепараторе 34, так что после испарения этих капель в установленных далее трубах содержащиеся в воде твердофазные примеси и растворенные в ней соли обращаются в пыль. Там, где требуется низкое содержание пыли, например ниже 5 мг/Нм³, такая дополнительная пыль из выпаренных капель воды способна в значительной мере увеличить пылесодержание очищенного газа. Поэтому в устройстве согласно изобретению за конечной стадией промывки 32 следуют два последовательно установленных сепаратора 34 и 36.

Дополнительным соображением в пользу установки второго сепаратора 36 является то, что в газе из работающих на угле газогенераторных установок содержатся в небольших количествах смолы, что при постоянной эксплуатации приводит в образованию наростов на стенах, а такие наросты опять-таки снижают эффективность отделения в сепараторе. При установке второго сепаратора 36 риск значительно снижается, поскольку газ доходит в почти сухом состоянии при очень низком содержании водяных капель. Вода, собирающаяся у первого сепаратора 34, с помощью насоса 42 разбрызгивается поверх насадки 29 насадочного скруббера 30.

Использование: для охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа, например, газа, выходящего из установки для газификации угля, генераторного газа, получаемого в плавильном газогенераторе, или доменного газа из установки восстановительной плавки. Сущность изобретения: в насадочном скруббере предварительной промывки, а затем в скруббере с кольцевым зазором, в операции сатурационной промывки, расположенной до насадочного скруббера предварительной промывки, горячий газ, значительная часть теплосодержания которого используется для испарения подаваемой сюда горячей воды, насыщают паром до предела насыщения, а затем охлаждают, причем частицы пыли подвергаются смачиванию, и на последующих стадиях охлаждения и очистки отделению пыли способствует быстрая конденсация на них пара. 2 с. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа в насадочном скруббере предварительной промывки, а затем в скруббере с кольцевым зазором, отличающийся тем, что горячий газ перед подачей в насадочный скруббер подвергают сатурационной промывке, во время которой частицы пыли смачивают, а газ охлаждают путем насыщения его паром по меньшей мере до предела насыщения, утилизируя при этом существенную часть его теплосодержания для испарения горячей воды, подаваемой на сатурационную промывку при температуре не ниже 60^oС по возможности ближе к выходу газа из технологического устройства. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что испарение горячей воды при сатурационной промывке осуществляют при пропускании газа и горячей воды прямотоком по ведущему вертикально вниз трубопроводу. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что горячий газ и горячую воду подают по ведущему вертикально вниз трубопроводу в скруббер с кольцевым зазором. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что на конечную операцию охлаждения и промывки в скруббер с кольцевым зазором подают очищенную холодную воду, а горячую обратную воду отводят из насадочного скруббера. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что промывную воду после конечной операции охлаждения и промывки в скруббере с кольцевым зазором подают в насадочный скруббер. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что значительную часть воды после насадочного скруббера подают на сатурационную промывку. 7. Способ по пп.5 и 6, отличающийся тем, что путем многократного использования промывной воды осуществляют ее нагрев до 70^oС. 8. Установка для охлаждения и очистки содержащего сверхтонкие частицы горячего газа, содержащая насадочный скруббер и установленный за ним по ходу газового потока скруббер с кольцевым зазором, отличающаяся тем, что перед насадочным скруббером установлена проходящая сверху вниз длинная вертикальная сатурационная труба, в нижней части которой размещен скруббер с кольцевым зазором, при этом выпускной конец патрубка выхода газа из последнего расположен под насадкой насадочного скруббера. 9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что она снабжена двумя сепараторами, установленными последовательно после скруббера с кольцевым зазором.