КОМПЛЕКС УТИЛИЗАЦИИ ГАЗОДЫМОВЫХ ВЫБРОСОВ Российский патент 2006 года по МПК B01D47/06 F23J15/04 

Изобретение может применяться на предприятиях топливно-энергетического комплекса, металлургической и других областях промышленности.

Аналогами изобретения являются дымовые трубы ТЭС (БСА, второе издание, т.15, с.325), предназначенные для удаления в верхние слои атмосферы продуктов сгорания топлива. Эти трубы имеют высокую стоимость и способствуют трансграничному загрязнению окружающей среды газодымовыми выбросами.

Известна также вытяжная труба Кашеварова по авт.св. №1689572 от 07.11.91 г., бюл. №44, предназначенная для очистки загрязненного воздуха и его удаления в верхние слои атмосферы. Недостатком известной трубы является большая занимаемая площадь земли, большая стоимость установки и эксплуатации вентиляторов.

Известен способ и устройство очистки высокотемпературных дымовых газов (патент №92007123 от 20.03.1995 г., индекс МПК B 01 D 47/05), заключающийся в смешивании их с холодной водой, при этом повышают скорость охлаждения дымовых газов пропусканием их через инжектор-водосмеситель, установленный между теплосиловой установкой и дымососом, где охлаждение дымовых газов протекает соударениями разнотемпературных частиц дымовых газов и пара воды при высокой разности их температур, что обеспечивает энергетический процесс поглощения теплоты. К недостаткам известного способа следует отнести сложность конструкции.

Известна многоствольная дымовая труба, в которой стволы соединены парными решетчатыми подвижными связями в виде плоских решетчатых диафрагм, расположенных вдоль образующей по всей длине стволов и состоящих из перекрещивающихся трубчатых раскосов, связанных между собой посредством цилиндрического шарнира, состоящего из С-образных втулок с секториальными вырезами, в которых установлен цилиндрический каток, а втулки установлены с возможностью перемещения вдоль ствола в закрепленных на нем скобах, выполняющих функцию силового ограничителя, а по бокам катка на стволе закреплены боковые стенки, взаимодействующие с шаровыми опорами, установленными в торце цилиндрического катка (А.с. №1344885, опубликовано 23.02.1990 г., бюл. №7). К недостаткам известного устройства следует отнести сложность конструкции и расход химических реагентов.

Известен способ очистки отходящих технологических газов от диоксида серы (заявка №2002123243, опубликована 27.05.2004 г), включающий противоточное ступенчатое контактирование газов с водной пульпой известняка, предварительно измельченного до крупности - 0,074 мм, отличающийся тем, что водная пульпа содержит до 60 г/дм³ известняка с достижением величин молекулярного соотношения между диоксидом серы и карбонатом кальция в пульпе в пределах 1-2. К недостаткам известного способа следует отнести значительные затраты на приготовление известняковой пульпы и значительные затраты на транспортировку при отсутствии местных месторождений известняка.

Известна дымовая труба (заявка на изобретение №97111949, опубликованная 27.02.1999 г.), содержащая: 1. ствол, отличающаяся тем, что в нее извне введен нагнетательный воздуховод, направленный соплом в сторону выхода дымовых газов.

2. Дымовая труба по п.1, отличающаяся тем, что ствол трубы за соплом имеет форму конфузора.

3. Дымовая труба по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ствол трубы за конфузором имеет форму диффузора.

4. Дымовая труба по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ствол трубы за конфузором имеет камеру смешения газов.

5. Дымовая труба по пп.1-3, отличающаяся тем, что конфузор и диффузор объединены камерой смешения газов - прототип.

К недостаткам прототипа следует отнести сложность конструкции дымовой трубы.

Цель изобретения заключается в разработке простого устройства по утилизации газодымовых выбросов.

Технический результат заключается в снижении газодымовой нагрузки на окружающую природную среду, в повышении надежности, комфортности обслуживания, снижении стоимости строительства, в увеличении срока эксплуатации вытяжных труб.

Дымовая труба, содержащая: 1. ствол, отличающаяся тем, что в нее извне введен нагнетательный воздуховод, направленный соплом в сторону выхода дымовых газов.

2. Дымовая труба по п.1, отличающаяся тем, что ствол трубы за соплом имеет форму конфузора.

3. Дымовая труба по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ствол трубы за конфузором имеет форму диффузора.

4. Дымовая труба по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ствол трубы за конфузором имеет камеру смешения газов.

5. Дымовая труба по пп.1-3, отличающаяся тем, что конфузор и диффузор объединены камерой смешения газов, согласно изобретению комплекс утилизации газодымовых выбросов (в дальнейшем - комплекс) включает газодымовую трубу с газоходом на металлических опорах высотой от 3 до 25 м, дождевальную установку на металлических опорах, водосборный бассейн с водовыпуском, воздуховод и водовод, отличающийся тем, что газоход выполнен в двух уровнях по высоте, причем нижний уровень газохода заканчивается насадком из нержавеющего металла, при этом внутри насадка имеется фигурная металлическая пластина, которая формирует в приустьевой части насадка наддув С-образной формы с максимальным зазором в верхней точке насадка, а в корпусе насадка на участке притыловой части фигурной пластины имеется воздушный ниппель, при этом торец фигурной пластины С-образного наддува утоплен внутрь насадка на расстояние не менее чем на 100 мм, а торец насадка расположен под дождевальной установкой на протяжении расстояния, равного не менее половине расстояния между смежными форсунками дождевальной установки, при этом верхний уровень газохода расположен над корпусом дождевальной установки и начинается газосборником с открытым низом, причем периметр газосборника совпадает с периметром металлического корпуса дождевальной установки, а дождевальная установка имеет водовод, напорные трубки рамно-ячеистого типа (в дальнейшем - напорные трубки) с форсунками, трехстороннюю металлическую обшивку и металлическую решетку с сеткой. Расположение газохода в двух уровнях по высоте позволяет организовать мокрую очистку газодымовых выбросов путем сооружения торцевого насадка, имеющего С-образный наддув, при помощи которого создается тяга за счет нагнетания под давлением воздуха или воздушной смеси с формированием скоростной струи по скорости, превышающей скорость струи газов в газоходе при вытяжке газодымовой трубой не менее чем в 1,1 раз. Небольшая высота расположения двух уровней газохода позволяет соорудить предлагаемый комплекс на любом участке газохода, обеспечить удобство в обслуживании и ремонте дождевальной установки и других частей комплекса, позволит охладить отходящие газы, что сократит температурный барьер между температурой атмосферы и температурой отходящих газов, что очень важно, особенно в районах Крайнего Севера. Утилизация газодымовых выбросов указанным комплексом на газоходе позволит продлить срок службы вытяжных труб с ветхим верхом, т.к. ветхие участки можно будет принудительно разрушать, не боясь загрязнения атмосферы газодымовыми выбросами. На выброс будут уходить лишь водяной пар, воздух и небольшое количество водонерастворимых газов. Небольшая высота расположения уровней газохода позволяет легко соорудить дождевальную установку, изготовленную в цеховых условиях при помощи обычных подъемных механизмов и необходимых инструментов и сварки, что сократит скорость сооружения комплекса. Небольшая высота расположения двух уровней газохода позволяет, таким же образом, сооружать газосборник над корпусом дождевальной установки, используя при этом фундаменты и опоры газохода, что повысит скорость строительства, улучшит условия труда, снизит стоимость строительства. Наличие трехсторонней обшивки на корпусе дождевальной установки исключит завихрение газодымовой струи при встречном и боковых ветрах, а также предотвратит попадание струй сточных вод на рельеф в ветреную погоду. Наличие металлической решетки с сеткой в водоструйной области дождевальной установки выше насадка позволит использовать различные твердые катализаторы для ускорения протекания реакций при утилизации диоксида серы, что будет способствовать более полной его утилизации и снижению нагрузки на окружающую природную среду. Наличие внутри насадка фигурной пластины позволяет изготовить С-образный наддув, необходимый для создания разрежения в газоходе нижнего уровня и подачи в смесь под дождевальную установку воздуха, кислорода, либо других газовых или необходимых сыпучих компонентов, что в конечном итоге повысит степень утилизации газов и снизит нагрузку на окружающую природную среду. Расположение торца фигурной пластины внутри насадка на расстоянии не менее 100 мм от его торца позволит получить достаточно мощную воздушную струю внутри насадка для создания разрежения, достаточного для увеличения скорости газовоздушной струи в газоходе нижнего уровня не менее чем в 1,1 раза, превышающую проектную, а это в свою очередь приведет к повышению надежности работы всего комплекса. Расположение торца насадка под дождевальной установкой на протяжении, равном не менее половине расстояния между смежными форсунками дождевальной установки, повысит качество утилизации газодымовых выбросов даже в пуржливую погоду, что также приведет к повышению надежности работы всего комплекса. Расположение воздухосборника над корпусом дождевальной установки с открытым дном позволит направлять водяной пар, воздух и оставшиеся водонерастворимые газы в газоход второго уровня за счет разрежения в вытяжной трубе с последующим рассеиванием в атмосфере воздуха. Совпадение низа газосборника с периметром корпуса дождевальной установки позволит повысить герметичность их соединения, что повысит надежность работы комплекса. Наличие дождевальной установки с водоводом, напорными трубками и форсунками обеспечит полностью режим утилизации газодымовых выбросов совместно с воздушной струей, формирующейся в насадке нижнего уровня газохода, что и будет способствовать снижению нагрузки на окружающую природную среду с одновременным оздоровлением атмосферного воздуха.

Изобретательский уровень доказывается следующим образом.

В первую очередь отличие предлагаемого изобретения от ныне существующих аналогов заключается в том, что газоход вытяжной трубы расположен в двух уровнях по высоте с дождевальной установкой и газосборником по середине. Насадок с С-образным наддувом, расположенный на концевой части нижнего яруса газохода, не имеет аналогов в практике утилизации газодымовых выбросов в отечественной и зарубежной практике, а также в описаниях отечественных и зарубежных изобретений, открытой отечественной и зарубежной печати. Расположение газохода на участке между источником газодымовых выбросов и вытяжной трубой в двух уровнях позволяет осуществить мокрую утилизацию водорастворимых газов на нижнем и среднем уровнях до подхода к вытяжной газодымовой трубе, что является новым при утилизации газодымовых выбросов. Расположение рабочего органа дождевальной установки над концевой частью насадка и ниже газосборника верхнего уровня газохода является также новым при утилизации газодымовых выбросов. Таким образом, по комплексу существенных отличительных признаков данное изобретение позволяет получить заявленный технический результат и соответствует изобретательскому уровню.

Отсутствие сведений о подобных конструктивных решениях, применяемых в предлагаемом изобретении в открытой отечественной и мировой печати, свидетельствует о новизне изобретения.

Изобретение поясняется чертежами:

- на фиг.1 изображена продольный разрез газоходов, насадка с С-образным наддувом, дождевальной установки, газосборника, водосборного бассейна и корпуса газодымовой трубы;

- на фиг.2 изображен разрез приторцевой части насадка с С-образным наддувом (вид по А-А);

- на фиг.3 изображен поперечный разрез газосборника, дождевальной установки, решетки и водосборного бассейна (вид по Б-Б);

- на фиг.4 изображен общий вид решетки дождевальной установки с сеткой.

Изобретение осуществляют следующим образом.

В цеховых условиях или непосредственно на площадке монтажа изготавливают корпус насадка 3 сварным способом из кислотостойкого и жаропрочного материала (например, титана) наружным диаметром, равным наружному диаметру корпуса 2 газохода, имеющего футеровку 4 из жаростойкого кирпича, а его верхняя часть при этом имеет уклон в сторону дождевальной установки не менее 0,001. Крепление насадка 3 к корпусу 2 газохода осуществляют болтовым способом (на чертеже не показано) через жаропрочную прокладку (на чертеже не показано), например, асбестовую. В устьевой части насадка 3, в верхней части с его внутренней стороны, приваривают (на чертеже не показано) предварительно выгнутую пластину 5, к внутренним боковым поверхностям насадка 3, с таким расчетом, чтобы образовался С-образный наддув 6 в приторцевой части насадка 3, с максимальным расстоянием между верхом торцевой части пластины 5 и внутренней поверхностью насадка 3 по вертикали не менее 100 мм, а в пространстве между внешней верхней стенкой пластины 5 и внутренней стенкой приторцевой части насадка 3, для увеличения жесткости конструкции наддува 6, устанавливают металлические кислотостойкие и жаропрочные стержни 7 диаметром 10 мм с расстоянием 100 мм между ними по периметру на сварке (на чертеже не показано). Затем, в верхней стенке насадка 3, на расстоянии 200 мм от сварного шва тыловой части пластины 5 С-образного наддува 6, вырезают отверстие (на чертеже не показано) под воздушный ниппель 8 диаметром 76 мм, который устанавливают на сварке (на чертеже не показано). Далее на поверхности земли из металлических трубок 9 из кислотостойкого нержавеющего металла диаметром 20 мм сооружают решетку 25 сваркой с шириной ячеи 100·100 мм, к которой проволокой, например из титана диаметром 2 мм прикрепляют сетку 10 с ячеей 2·2 мм из кислотостойкого металла или полимера. Сооруженную таким образом решетку 25 устанавливают при помощи автокрана и сварки внутри корпуса 11 дождевальной установки 35 выше насадка 3, но ниже самой дождевальной установки 35 на уровне сплошной дождевой завесы. Затем при помощи сварки из напорных трубок 12 и форсунок 13 (патент №1769401, дата публикации 20.02.1995 г.) или щелевой насадки (патент №2201807, опубл. 10.04.2003) изготовляют решетчатую конструкцию дождевальной установки 35, при этом форсунки 13 устанавливают по углам решетчатых элементов конструкции на равных расстояниях друг от друга. Причем форсунки 13 устанавливают таким образом, чтобы конусообразные веерные струи (на чертеже показано штриховыми линиями) из форсунок 13 не менее чем на 1/3 перекрывали бы аналогичные струи смежных с ними форсунок 13, при этом длина стороны дождевальной установки 35 вдоль продольной оси газоходов (на чертеже подписано) должна составлять не менее двух, а ширина не менее 1,5 диаметров насадка 3. Дождевальную установку 35 монтируют выше решетки 25 на прямоугольном металлическом корпусе 11, три стороны которого изнутри обшивают жестью толщиной 0,2 мм из кислотостойкого материала (например, титана). Сторону корпуса 11 дождевальной установки 35 со стороны насадка 3 оставляют открытой. Затем устанавливают при помощи трубоукладчика или подъемного крана насадок 3 с креплением приторцевой его части на поперечной балке 14 корпуса 11 дождевальной установки 35 при помощи сварки (на чертеже не показано). Причем верхнюю часть насадка 3 устанавливают на уровне максимального перекрытия конусообразных веерных струй воды (на чертеже показано пучками пунктирных линий), изливающихся из смежных форсунок 13, но ниже решетки 25, а его торцевую часть устанавливают непосредственно под дождевальной установкой на расстояние, превышающее не менее чем половину расстояния между смежными форсунками 13, вдоль продольной оси насадка 3. Фланец (на чертеже не показано) насадка 3 через жаропрочную прокладку (на чертеже не показано) из асбеста крепят болтами М20 (на чертеже не показано) к фланцу газохода 2 (на чертеже не показано) вручную.

Корпус 11 дождевальной установки в плане совпадает с опорами нижнего и верхнего уровней газохода 2, установленных на свайных фундаментах (на чертеже не показано) и поэтому служит и корпусом дождевальной установки, и конструктивным элементом водосборного бассейна, обеспечивающим крепление строительной опалубки водосборного бассейна при его сооружении. Далее в корпусе 11 дождевальной установки 35, в его верхней части при помощи подъемного крана (на чертеже не показано) на хомутовых соединениях (на чертеже не показано) устанавливают дождевальную установку 35. Напорные трубки 12 дождевальной установки 35 подсоединяют к напорному водоводу диаметром 100 мм (на чертеже подписано) при помощи гибких вентильных соединений с кислотостойким покрытием (на чертеже не показано). Далее к воздушному ниппелю 8 подсоединяют воздуховод сжатого воздуха диаметром 76 мм (на чертеже подписано).

Затем сооружают газосборник 45, для чего над дождевальной установкой настилают временный деревянный пол (на чертеже не показано), отрезают нижнюю часть корпуса 2 верхнего уровня газохода по горизонтальной плоскости, проходящей по его диаметру вдоль продольной его оси при помощи электрорежущих инструментов (типа "болгарка"). Куски, вырезанные из корпуса 2 верхнего газохода, удаляют в кузов автомобиля при помощи подъемного крана (на чертеже не показано). При этом длина и ширина газосборника 45 соответствуют длине и ширине корпуса 11 дождевальной установки. Далее с обеих сторон корпуса 2 верхнего газохода по длине дождевальной установки при помощи сварки (на чертеже не показано) приваривают жаро-кислотостойкие боковые пластины 15 и торцевую пластину 16, а также фигурные пластинчатые укосы с тыльной стороны (на чертеже не показано) газосборника 45. Затем на участке дождевальной установки, на поверхности земли, сооружают традиционным способом прямоугольный железобетонный водосборный бассейн (на чертеже подписано), состоящий из нижнего слоя 17, выполненного из бетона марки 250 толщиной до 250 мм, эластичной прокладки 18 из кислотостойкой полиэтиленовой пленки и верхнего (внутреннего) железобетонного слоя 19, выполненного из полимерцемента толщиной 150 мм. При этом объем водосборного бассейна 35 должен превышать единичный расход дождевальной установки не менее чем в 10 раз. Например, расход дождевальной установки при газопылевой очистке составляет 0,5 м³/с, тогда объем бассейна должен превышать 5 м³. Причем длина сторон водосборного бассейна (на чертеже подписано) должна быть не менее длины сторон корпуса 11 дождевальной установки, а его высота подбирается в зависимости от необходимого объема, связанного с расходом воды на дождевание при очистке газодымовых выбросов (из расчета растворимости диоксида серы в воде 40 л /1 л воды). При этом дно водосборного бассейна (на чертеже подписано) должно иметь уклон не менее 0.01 в сторону с хорошими подъездами (на чертеже не показано). Далее в сторону насосной станции (на чертеже подписано) в стенке водосборного бассейна (на чертеже подписано) сооружают водовыпуск 20. К напорным трубкам 9 подводят водовод (на чертеже подписано) диаметром 150 мм с креплением к вертикальной стенке корпуса 11 дождевальной установки. После того как произведено подключение воздушного ниппеля к внутризаводскому воздухопроводу, и/или кислородопроводу, и/или озонопроводу, изобретение готово к работе.

Работа изобретения осуществляется следующим образом.

Струя газодымовых выбросов движется на выход насадка 3, в результате создаваемого разрежения на торцевой части насадка 3 работой наддува 6 (имеющего периметр в размере 2/3 длины окружности насадка 3), за счет подачи в него сжатого воздуха, а при недостаточно эффективной утилизации кислорода, от внутризаводского воздуховода (на чертеже подписано), или от индивидуального компрессора через ниппель 8, при этом по контуру газодымовой струи (на чертеже показано короткими стрелками) будет формироваться плотная воздушная оболочка из холодного воздуха, которая препроводит газодымовую струю под работающую дождевальную установку 35, где сплошная дождевая завеса воды, насыщенная воздухом или кислородом, превратит газодымовую смесь, состоящую, например, из диоксида серы, сначала в сернистую, а затем в слабую серную кислоту, которая в виде капель и струй нисходящим потоком попадет в водосборный бассейн (на чертеже подписано). Затем скопившуюся в водосборном бассейне (на чертеже подписано) кислую сточную воду при помощи водовыпуска 20 самотеком или через насосную станцию (на чертеже не показано) по кислотостойкому водоводу направляют для нейтрализации и очистки в бассейн оборотного водоснабжения. Очищенную и нейтрализованную воду в бассейне оборотного водоснабжения можно вновь использовать для утилизации газов на дождевальной установке предлагаемого комплекса. Для ускорения протекания реакций при утилизации газодымовых выбросов предлагаемый комплекс позволяет применять различные катализаторы, приведенные ниже, для чего достаточно их поместить на решетку 25 врозь, регулировать количество кислорода в воздухе, при этом конструкция и состав предлагаемого комплекса позволяет использовать в качестве поглотителей диоксида серы миллинормальные или с более высоким содержанием водные суспензии карбонатных пород (известняк (заявка №2002123243, опубл. 27.05.2004 г.), ангидрит, мел и т.п. карбонатные породы) с получением гипса, водный раствор сульфата железа (III) состава Fe(OH)SO₄ с содержанием железа 60 г/дм³ при рН 0,5-3 с получением различных сернистых соединений железа (Патент №2194008, опубл. 10.12.2002), различного рода катализаторы (диоксид свинца, получаемый из лома свинцовых аккумуляторов (Патент №94019072, опубл. 27.05.1996), за счет контакта газа, содержащего диоксид серы и пары воды с природным цеолитом, отработанным в процессе умягчения воды, содержащей катионы железа, кальция и магния (Патент 2006265, опубл. 20.03.1996) и др. материалы, зарекомендовавшие себя положительно при опытных или промышленных испытаниях.

Данное изобретение позволит задействовать имеющиеся, но выведенные из строя газодымовые трубы ввиду ветхости их верхних частей и малой высоты. Внедрение комплекса на вновь строящихся предприятиях позволит значительно снизить затраты на строительство за счет снижения высоты и диаметра вытяжных труб, повысить продолжительность эксплуатации вытяжных труб за счет снижения температурного градиента между температурой наружной атмосферы и температурой газовоздушной струи внутри вытяжной трубы и др.

Коммерческая привлекательность предлагаемого изобретения заключается в его простоте, высокой эффективности, в снижении экологической нагрузки на окружающую среду, в снижении затрат на производство конечной продукции предприятия. Изобретение может быть использовано на всех металлургических, химических и т.п. предприятиях в т.ч. и в районах с суровым климатом.

Изобретение может быть использовано в металлургической промышленности, на предприятиях топливно-энергетического комплекса и в других отраслях промышленности. Комплекс включает газодымовую трубу с газоходом на металлических опорах, дождевальную установку, водосборный бассейн с водовыпуском, воздуховод, водовод, насосную станцию. Газоход выполнен в двух уровнях, причем нижний уровень газохода заканчивается насадком, внутри которого имеется фигурная металлическая пластина, формирующая в приустьевой части насадка наддув С-образной формы с максимальным зазором в верхней точке насадка. Торец фигурной пластины С-образного наддува утоплен внутрь насадка, а торец насадка частично расположен под дождевальной установкой. Верхний уровень газохода расположен над корпусом дождевальной установки и начинается газосборником с открытым низом. На корпусе дождевальной установки с трехсторонней кислотостойкой обшивкой установлена решетка с сеткой для катализаторов. 4 ил.

Комплекс утилизации газодымовых выбросов, включающий газодымовую трубу с газоходом на металлических опорах, дождевальную установку на металлических опорах, водосборный бассейн с водовыпуском, воздуховод, водовод, насосную станцию, отличающийся тем, что газоход выполнен в двух уровнях по вертикали, нижний из которых заканчивается насадком, включающим фигурную металлическую пластину, формирующую в приустьевой части насадка наддув С-образной формы с максимальным зазором в верхней точке насадка, при этом торец фигурной пластины С-образного наддува утоплен внутрь насадка, а торец насадка частично расположен под дождевальной установкой, при этом верхний уровень газохода расположен над корпусом дождевальной установки и начинается газосборником с открытым низом, периметр которого совпадает с периметром корпуса дождевальной установки, а на корпусе дождевальной установки с трехсторонней кислотостойкой обшивкой дополнительно установлена в области дождевания решетка с сеткой для размещения катализаторов.