КОМПЛЕКС УТИЛИЗАЦИИ ГАЗОДЫМОВЫХ ВЫБРОСОВ Российский патент 2008 года по МПК B01D53/50 

Изобретение относится к экологии и может применяться в металлургической, энергетической и других областях промышленности для утилизации газодымовых выбросов, осаждения пыли, очистки и нейтрализации сточных вод.

Известен «Способ очистки отходящих технологических газов от диоксида серы» (Пат. №2214857, опубл. 27.10.2003 г.) включает непрерывное противоточное ступенчатое контактирование газов с водной пульпой известняка в поглощающих аппаратах-абсорберах, причем контактирование проводят в вихревых скрубберах в слое тонкодиспергированной пульпы известняка при продолжительности пребывания газа в реакционной поглощающей зоне 0,001-0,005 с, содержании известняка в пульпе не более 60 г/дм³ и молекулярном соотношении SO₂ и СаСО₃ в подаваемых на очистку потоках газа и пульпы, равном 1-2. К недостаткам известного способа следует отнести сложность конструкции.

Известно устройство для очистки горячих газов, содержащее насадочный скруббер и установленный за ним по ходу газового потока скруббер с кольцевым зазором, перед насадочным скруббером установлена проходящая сверху вниз длинная вертикальная сатурационная труба, в нижней части которой размещен скруббер с кольцевым зазором, установка снабжена двумя сепараторами, установленными последовательно после скруббера с кольцевым зазором (см. патент РФ №2091135, МПК 6 В01D 47/05, 47/06).

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции.

Известно устройство для очистки запыленных горячих газов и утилизации теплоты, содержащее корпус, образующий нижней частью сборник жидкости, патрубки для подачи и выхода газа, расположенные соответственно в нижней и верхней частях корпуса, каплеуловитель неподвижно закрепленный под патрубком выхода газа, содержащий переливные трубки, патрубки для подачи и отвода жидкости, ступень газоочистки, неподвижно закрепленную в корпусе под каплеуловителем и включающую встроенную насадку, состоящую из расположенных в шахматном порядке удлиненных элементов - плоскоовальных в сечении пластин или плоскоовальных в сечении труб, закрепленных в корпусе и ориентированных большей осью вдоль потока теплоносителя, распределительную решетку, неподвижно закрепленную на корпусе под встроенной насадкой, устройство для подачи жидкости - коллектор, неподвижно установленный под распределительной решеткой таким образом, что отверстия для подачи жидкости ориентированы по газовому потоку. Кроме этого, устройство содержит напорный трубопровод, связанный со сборником жидкости и устройством для подачи жидкости, и трубы возврата промывающей жидкости, связывающие патрубки со сборником жидкости (см. патент РФ №1834692, МПК 6 В01D 47/04, 1993 г.) К недостаткам известного устройства следует отнести сложность конструкции.

Известен «Способ очистки отходящих технологических газов от диоксида серы» (Пат. №2212928, опубл. 27.09.2003 г.), включающий противоточное ступенчатое контактирование газов с водной пульпой известняка, предварительного измельченного до крупности - 0,074 мм, при этом водная пульпа содержит 1-60 г/дм³ известняка с достижением величин молекулярного соотношения между диоксидом серы и карбонатом кальция в пульпе в пределах 1-2. К недостаткам известного изобретения следует отнести сложность конструкции газодымовой трубы и технологии утилизации получаемых вторичных продуктов.

Известно также устройство для мокрой очистки газов (Пат. №2217219, опубл. 27.11.2003 г.), содержащее U-образный корпус с винтовой перегородкой, гидрозатвор, входные и выходные патрубки для газов, оросители, расположенные внутри корпуса, вертикальный трубный коллектор, через который трубопроводами сообщаются насос, подающий воду из шламоотстойника, и оросители, выполненные в виде коробчатых водосливов, которые размещены в корпусе поперек движущегося в корпусе потока газа, сливные пороги водосливов обращены в сторону по направлению движения газа, а противолежащая - к сливному порогу, стенка водослива сопрягается под тупым углом с его дном, в котором имеется несколько эквидистантно расположенных между боковинами водослива сквозных отверстий диаметром не более глубины воды над сливным порогом водослива. Кроме того, ко дну вертикального трубного коллектора соосно ему присоединен напорный водопровод, подающий воду из шламоотстойника, при этом водопровод имеет диаметр в 4-6 раз меньше диаметра коллектора, а насос подает осветленную воду из шламоотстойника, присоединенный к насосу напорный водопровод, оборудованный сливным краном, а также гидрозатвор, установленный на сливе водошламовой смеси из корпуса, размещены в теплом помещении над шламоотстойником, где температура окружающей среды не понижается ниже 0°С. При этом в нижней части корпуса у выходной его части закреплен водосборник, у которого снизу присоединен трубопровод, отводящий воду к гидрозатвору на сливе водошламовой смеси в шламоотстойник, а выходной патрубок выполнен в виде колена, загнутого выпускным отверстием вверх, которое расположено внутри дымовой трубы большего диаметра.

К недостаткам известного изобретения необходимо отнести следующее.

1. Сложность конструкции.

2. Использование односекционного шламонакопителя, чего недостаточно для эффективной очистки и нейтрализации кислых сточных вод.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ, описанный в патенте

US №5635149 (кл. B01D 53/50, 03.06.1997).

1. Способ подготовки измельченного карбоната кальция в сухом виде для удаления окислов серы из отходящих газов влажной очисткой, включающий:

а) деление отходящих газов, содержащих SO_x на два потока;

б) ввод первого потока очищаемого газа в очистную башню с направлением его вверх противопотоком к падающим брызгам очищающего жидкого водного раствора, содержащего мелкие частицы карбоната кальция в пределах вертикальной части очистной башни с накоплением и удалением твердой составляющей из резервуара в основании очистной башни;

в) направление второго потока очищаемого газа для прямого контакта для обезвоживания кусков карбоната кальция до влажности, подходящей для сухого размола;

г) сухой размол крупных кусков карбоната кальция;

д) направление полученного сухого порошка карбоната кальция в очистную башню.

2. Способ по п.1, заключающийся в том, что карбонат кальция измельчают до диаметра частиц мене 10 мкм или мельче, по крайней мере, с приблизительно 99% весовых меньше 44 мкм.

3. Способ по п.1, заключающийся в том, что второй поток очищаемых газов контактирует с крупными кусками карбоната кальция в сухо размалывающем устройстве и после размола и разделения порошкового карбоната кальция от второго потока очищаемого газа часть отделенного второго потока газа, все еще имея высокую температуру, повторно возвращается на сухо размалывающее устройство.

4. Способ по п.1, заключающийся в том, что после разделения очищаемого газа от камеры сгорания на первый и второй потоки очищаемого газа и контакта первого потока с карбонатом кальция, по крайней мере, первый газовый поток направляют в теплообменник, чтобы повысить температуру газового потока, поступающего из очистной башни.

5. Способ по п.1, заключающийся в том, что средний размер частиц карбоната кальция находится в пределах от 5 до 8 мкм, по крайней мере, содержит 99.5% весовых с размером частиц менее чем 44 мкм.

6. Способ по п.1, заключающийся в том, что тонкомолотый карбонат кальция высушен достаточно, до достижения влагосодержания меньше 1%.

7. Способ подготовки карбоната кальция тонкого помола в сухом виде для использования его в процессе удаления окиси серы из отходящих газов мокрой очисткой, включающий:

а) деление горячего потока очищаемого газа на два потока;

б) вводят первый поток очищаемого газа в очистную башню потоком вверх, в виде противопотока к брызгам жидкого раствора тонких частиц карбоната кальция в пределах вертикальной секции очистной башни, жидкий раствор, при этом проваливается в вертикальной секции очистной башни в резервуар, расположенный в основании очистной башни, откуда твердая часть раствора удаляется;

в) второй поток очищаемого газа направляют в сухоразмалывающее устройство для контакта с крупными кусками карбоната кальция для высушивания карбоната кальция до содержания влаги меньше, чем 1%;

г) сухой размол крупных кусков карбоната кальция осуществляют до диаметра частиц с медианой веса приблизительно 10 мкм или меньше, по крайней мере, с приблизительно 99%, весовых с размером меньше, чем 44 мкм;

д) после размола отделяют порошок карбоната кальция от второго потока очищаемого газа;

е) возвращают часть отделенного второго потока очищаемого газа, имеющего еще высокую температуру, на сухоразмалывающее устройство; и

ж) направляют полученный сухой порошок карбоната кальция в очистную башню.

8. Способ по п.7, заключается в том, что после разделения очищаемого газа от камеры сгорания на первый и второй потоки, первый поток очищаемого газа направляют в теплообменник, чтобы повысить температуру потока газа от очистной башни.

9. Способ по п.7, заключается в том, что срединный размер частиц в порошке карбоната кальция - меньше, чем 8 мкм, по крайней мере, с 99,5% весовых порошок содержит частиц размером менее чем 44 мкм. Принимаем за прототип.

К недостаткам прототипа следует отнести следующее:

1) сложность технологического процесса утилизации газодымовых выбросов и особенно сложно выдержать технологию сухого помола известняка и его транспортировки к очистной башне:

2) при возможных аварийных остановках, связанных с отключением электроэнергии может произойти забутовка трубных транспортных магистралей сухого порошка, что, в свою очередь, потребует значительных затрат для восстановления транспортной системы;

3) описанный в прототипе способ сухого помола предъявляет высокие требования к качеству исходного материала, что трудно достичь на горном предприятии при отработке прикровельных и приподошвенных залежей известняка, где возможно присутствие вмещающих пород в товарной продукции;

4) в изобретении отсутствует бассейн по нейтрализации и очистке сточных кислых вод с целью их повторного использования.

Технический результат изобретения заключается в снижении экологической нагрузки на окружающую природную среду.

Комплекс утилизации газодымовых выбросов (в дальнейшем-комплекс), включающий газодымовую трубу с газоходом, сооруженным в двух уровнях по вертикали, газосборник насосный оборотного водоснабжения (НОВ) с напорным водоводом, дождевальную установку, узел приготовления суспензии, водосборный бассейн с водоотводящим патрубком, согласно изобретению нижний газоход в торцевой части снабжен насадком с С-образным наддувом, с воздуховодом и ниппелем, а дождевальная установка является установкой решетчатого типа на сварном металлическом корпусе с трехсторонней обшивкой, и необязательно включает решетку для катализатора, и не обязательно решетку для регулирования скорости газодымовой струи в газоходе второго уровня, а также комплекс дополнительно содержит бассейн по очистке и нейтрализации сточных вод, разделенный на секции внутренними фильтрующими поперечными призмами (далее-поперечными призмами), сооруженными отсыпкой из кусков химически активных карбонатных пород, и необязательно разделен продольной разделительной призмой на два ряда.

Наличие в нижней части газохода насадка с С-образным наддувом, с воздуховодом и ниппелем позволит компактно направить газодымовую струю под дождевальную установку, что в конечном итоге приведет к более интенсивному растворению в воде водорастворимых газовых выбросов, что значительно снизит количество газа, выбрасываемого в атмосферу, а значит, приведет к снижению экологической нагрузки на окружающую природную среду. Дополнительное содержание в газодымовой струе атмосферного воздуха (кислорода или озона) ускорит окислительные реакции воды с газодымовыми выбросами, что повысит объем утилизируемых газодымовых выбросов, чем снизит количество поступающих в атмосферу газодымовых выбросов, а значит, снизит нагрузку на окружающую природную среду. Наличие воздухопровода с ниппелем позволит применить при утилизации газодымовых выбросов не только атмосферный воздух, но также кислород и озон, как правило, используемых в производственной промышленной технологии, что значительно увеличит растворимость газовой струи в воде дождевальной установки, а это приведет к снижению газодымовых выбросов в атмосферу и, как следствие, к снижению экологической нагрузки на окружающую природную среду. Дождевальная установка решетчатого типа на сварном металлическом корпусе с трехсторонней обшивкой позволит создать дождевую завесу по всей площади дождевальной установки и, таким образом, обеспечить осаждение пылеватых частиц и более полное растворение водорастворимых газов, значительно понизив их выход в атмосферу через газодымовую трубу, а трехсторонняя обшивка дождевальной установки, исключит отрицательное влияние ветра на препровождение газодымовой струи под дождевальную установку, что будет способствовать более полному растворению водорастворимых газов, в то же время, наличие трехсторонней обшивки исключит разбрызгивание струй сточных вод за пределы водосборного бассейна, что в конечном итоге приведет к снижению экологической нагрузки на окружающую природную среду. Наличие решетки для регулирования скорости газодымовой струи в газоходе второго уровня (необязательное решение) исключит срыв дождевого облака при высокой силе вытяжки газодымовой струи, что повысит эксплуатационную надежность работы дождевальной установки по утилизации газодымовых выбросов, что в конечном итоге приведет к снижению экологического влияния на окружающую природную среду. При скорости выходящей струи в газоходе второго уровня, не приводящей к срыву дождевой завесы, выполнение данного решения необязательно. В других случаях можно быстро изготовить данную решетку в условиях строительной или механической мастерской и закрепить ее поверх корпуса дождевальной установки. Наличие решетки для катализатора (необязательное решение) позволит использовать катализатор в виде наброса навалом по площади решетки, что значительно повысит степень очистки утилизируемых газодымовых выбросов за счет ускорения реакции окисления, что в конечном итоге приведет к снижению экологического влияния на окружающую природную среду. В случае же применения катализатора в виде вертикальных полос или гирлянд (бус) указанное решение необязательно. Наличие бассейна по очистке и нейтрализации сточных вод (в дальнейшем-бассейна), разделенного на секции поперечными призмами, обеспечит более глубокую очистку сточных вод от взвешенных частиц и нейтрализацию кислых сточных вод, поступающих из водосборного бассейна, т.к. поперечные призмы сооружают из кусков химически активных карбонатных или других горных пород, что значительно снизит объем отбираемой свежей воды и, таким образом, будет способствовать снижению экологической нагрузки на окружающую природную среду. Наличие нескольких поперечных призм в бассейне продлит срок эксплуатации бассейна без замены химически активных карбонатных или других пород, т.к. после реакции кислых сточных вод с породами первой по ходу призмы, породы остальных призм будут участвовать в более глубокой очистке сточных вод от взвешенных частиц. После полного превращения, например, известняка первой по ходу поперечной призмы в гипс и прекращения фильтрации сточных вод через ее тело будет наблюдаться перелив очищаемых вод через гребень указанной поперечной призмы, то в это время в химическую реакцию будут активно вступать фильтрующие породы второй по ходу поперечной призмы и так далее. В первой же по ходу секции будет формироваться водоем, что увеличит объем осажденных взвешенных частиц из практически стоячих вод, чем увеличится качество поступающих в последующие секции бассейна, а значит, снизит количество потребляемой свежей воды, чем будет способствовать снижению экологической нагрузки на окружающую природную среду. Наличие продольной разделительной призмы (необязательное выполнение) позволит увеличить количество секций в бассейне, что позволит работать сначала на одном ряду секций бассейна до полного их превращения в гипс, а затем переходят на работу второго ряда секций бассейна, что значительно повысит длительную устойчивость работы комплекса без частой замены пород поперечных призм, что очень важно в условиях продолжительной зимы. В районах с умеренным и теплым климатом выполнение данного решения не является особо актуальным. При этом производить замену пород продольной призмы (необязательное выполнение) необязательно на протяжении всего периода эксплуатации бассейна. Таким образом, многосекционность бассейна повысит длительную надежность его работы, качество очистки от взвешенных частиц и глубину нейтрализации очищаемых сточных вод, с целью повторного их использования в технологии, исключая их сброс на рельеф, снижая, таким образом, потребление свежей воды, а значит, снижая экологическую нагрузку на окружающую природную среду. В целом, описанные выше существенные отличительные признаки приведут к получению заявленного технического результата за счет повышения количества утилизируемых газодымовых выбросов, пыли, качества и количества очищаемых сточных вод и соответственно к повторному их использованию, т.е. исключат их сброс на рельеф и в конечном итоге к снижению экологической нагрузки на окружающую природную среду.

Изобретательский уровень доказывается следующим образом.

Из практики хорошо известны фильтрующие призмы, сооружаемые для формирования тел намывных ограждающих дамб (плотин) хвостохранилищ, используемых для складирования отходов обогатительных фабрик, в предлагаемом же изобретении поперечные призмы используются для сооружения многосекционного бассейна по очистке и нейтрализации сточных вод при постоянной фильтрации через их тело, то есть совсем для иных целей - целей очистки и нейтрализации сточных вод для их повторного использования, в системе утилизации газодымовых выбросов. Продольная призма 50 с перепускным патрубком (на чертеже подписано) (необязательное выполнение), встречается в практике в окислительно-восстановительных бассейнах обогатительных фабрик, но в указанных бассейнах продольные призмы не полностью разделяют бассейн на две части, т.е. имеется значительный проран для свободного сообщения между двумя частями, в заявленном же изобретении исключается прямое сообщение вод двух рядов, а фильтрационные свойства пород продольной призмы имеют более низкие значения, чем поперечные призмы, за счет отсыпки их из дресвяно-песчанистой фракции отсева карбонатных пород с включением пылеватых частиц тех же химически активных карбонатных пород, и выполняя разделительную функцию, т.е. иную функцию, функцию длительной надежности работы комплекса без частой замены пород отсыпки призм, что особенно важно в условиях суровой длительной зимы, обеспечивая, таким образом, надежную очистку сточных вод, что позволяет снизить количество потребления свежей воды, а значит, и снижение экологической нагрузки на окружающую природную среду, что соответствует новизне и изобретательскому уровню. Из практики также широко известны многосекционные бассейны по очистке сточных вод, включающие, как правило, цепи природных водоемов с ограждающими дамбами и переливными устройствами, но в известных бассейнах используется в основном принцип очистки за счет отстоя и выпадения взвешенных частиц в осадок, и разбавления их атмосферными осадками, либо природными водами, в заявленном же изобретении предусматривается постоянная фильтрация через поперечные призмы, разделяющие бассейн на секции, что способствует задержке взвешенных частиц и нейтрализации кислых сточных вод, т.е. выполняется очистка и нейтрализация сточных вод в постоянном режиме фильтрации, что приводит к повышению качества очищаемых сточных вод и возможности повторного их использования, а значит, соответствует новизне и изобретательскому уровню.

Наличие в торцевой части нижнего газохода насадка с С-образным наддувом, воздуховодом и ниппелем позволит надежно направить поток очищаемой газодымовой струи под дождевую завесу дождевальной установки, что обеспечит наиболее полную утилизацию взвешенных частиц и газодымовых выбросов при мокрой очистке, за счет реакции водорастворимых газов с водой и кислородом воздушной среды, указанный насадок применяется впервые и соответствует новизне и изобретательскому уровню. Дождевальная установка решетчатого типа позволяет надежно обеспечить сплошную дождевую завесу по всей площади дождевальной установки. Из практики широко известны установки, типа обыкновенного душа, душа Шарко, дождевальных установок, используемых в сельском хозяйстве для полива культурных растений, в заявленном же изобретении дождевальная установка выполняет иную цель - цель повышения степени утилизации газодымовых выбросов и взвешенных частиц, за счет создания сплошной завесы по всей площади дождевальной установки, что обеспечит более интенсивное протекание реакции окисления газодымовых выбросов, а соответственно и к увеличению количества утилизируемого газа и пыли, а значит снижению экологической нагрузки на окружающую природную среду, таким образом, соответствуя новизне и изобретательскому уровню. Трехсторонняя обшивка корпуса дождевальной установки позволит осуществить целенаправленную подачу газовой струи под дождевальную установку, чем будет способствовать более полному растворению утилизируемых газов, а также исключит попадание сточных вод на рельеф в ветреную погоду, чем снизит экологическую нагрузку на окружающую природную среду. В практике чаще используют четырехстороннюю (закрытую) обшивку корпуса дождевальной установки (прототип), что не обоснованно завышает стоимость строительства и не оказывает сколь-либо существенного влияния на снижение экологического влияния на окружающую природную среду, чем подтверждают новизну и изобретательский уровень. В целом вышеперечисленные существенные отличительные признаки отличаются новизной и изобретательским уровнем, которые позволяют решать экологические проблемы не только отдельных предприятий металлургической, химической и энергетической областей, но и целых регионов, государств и планеты в целом, способствуя оздоровлению окружающей природной среды, особенно в период глобального потепления климата.

Изобретение поясняется чертежами, где

- на фиг.1 изображен разрез газодымовой трубы с газоходом, выполненным в двух уровнях с воздуховодом с ниппелем, газосборником, дождевальной установкой решетчатого типа с металлическим корпусом с трехсторонней обшивкой, решеткой для катализатора (необязательное решение), решеткой для регулирования газовоздушной струи (необязательное решение), напорным водоводом, водосборным бассейном с водоотводящим патрубком;

- на фиг.2 изображен поперечный разрез по линии А-А торцевой части насадка с С-образным наддувом газохода нижнего уровня;

- на фиг.3 изображен разрез по линии Б-Б фиг.1 и включает газосборник, дождевальную установку с металлическим корпусом, решетку для катализатора (необязательное решение) и решетку для регулирования скорости струи в газоходе второго уровня (необязательное решение), водосборным бассейном с водоотводящим патрубком;

- на фиг.4 изображена решетка с сеткой для катализатора в дождевальной установке (необязательное решение);

- на фиг.5 изображен бассейн по очистке и нейтрализации сточных вод в плане с пятью поперечными и одной продольной разделительной призмой с перепускным патрубком (необязательное решение), подводящим водоводом с двусторонними водоотводами с задвижками (на чертеже не показано), водосливом и НОВ с напорным водоводом (на чертеже подписано).

Изобретение осуществляют следующим образом.

Вначале одним из традиционных способов сооружают вертикальную часть корпуса 1 газодымовой трубы до проектной высоты из жаропрочной кирпичной кладки, либо монолитного железобетона, металла или других высокотемпературных и кислотостойких материалов с обустройством в устьевой части оголовка (воротника) (на чертеже не показано), с сооружением газохода 2 в двух уровнях по вертикали, нижний из которых, примыкающий к источнику газовыделения (на чертеже не показано) сооружают на высоте, преимущественно до 5 м, но при реконструкции действующих предприятий высоту определяют по месту на самом реконструируемом объекте, при этом к торцу газохода 2 нижнего уровня жестко с помощью сварки крепят металлический насадок 3 с применением подъемного крана. При этом диаметр металлического сварного корпуса насадка 3 должен соответствовать внешнему диаметру футеровки 4 газохода 2, а в верхней части насадка 3, с его внутренней стороны жестко, при помощи сварки (на чертеже не показано) предварительно выгнутую пластину 5 (в дальнейшем - пластину), к внутренним верхней и боковым поверхностям насадка 3, с таким расчетом, чтобы образовался С-образный наддув 6 в торцевой части насадка 3. При этом расстояние между верхом торцевой части пластины 5 и внутренней поверхностью насадка 3 по вертикали не должно быть 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, жестко крепят при помощи сварки (на чертеже не показано) металлические кислотостойкие и жаропрочные стержни 7 диаметром 10 мм, выдерживая расстояние между ними по периметру не менее 100 мм. Затем в верхней стенке консольной части насадка 3 на расстоянии 200 мм от сварного шва тыловой части пластины 5 вырезают отверстие (на чертеже не показано) под воздушный ниппель 8 диаметром 100 мм, который устанавливают жестко при помощи сварки (на чертеже не показано). При этом нижнюю, торцевую часть насадка 3, укладывают на поперечную швеллерную балку (на чертеже не показано) корпуса 11 дождевальной установки 35, с жестким креплением при помощи арматурных тяг на сварке (на чертеже не показано), таким образом, чтобы торец насадка на величину удвоенного расстояния между смежными форсунками 10 дождевальной установки 35 находился бы под рабочим ее органом, а его продольная ось имела бы уклон не менее 0.001 в сторону дождевальной установки. При этом торцевая часть С-образного наддува удалена от торца насадка 3 в сторону его тыловой части на величину не менее 0,5 м. Далее в цеховых условиях сооружают рабочий орган дождевальной установки 35 решетчатого типа, из водоподводящих патрубков 9 диаметром 1,5 дюйма, в узлах которого размещают форсунки (водовыпуски) 10 (патент №1769401, дата публикации 20.02.1995 г.) или щелевая насадка (патент №2201807, опубл. 10.04.2003) дождевателя и т.п., устройств, хорошо известных в дождевальных машинах, применяемых в сельском хозяйстве для полива культурных растений, или в брызгальных установках, применяемых для охлаждения горячих вод перед сбросом их в водные объекты. При этом равноудаленные друг от друга форсунки 10 на водоподводящих патрубках 9 устанавливают, таким образом, чтобы конусообразные веерные струи из форсунок 10 не менее чем на 1/3 перекрывали бы аналогичные струи, смежных с ними форсунок 10. При этом ширина дождевальной установки 35 должна составлять величину, равную удвоенному диаметру торца консольной части насадка 3, а длина сторон, расположенных вдоль продольной оси, - утроенному диаметру торца консольной части насадка 3. Конструкцию дождевальной установки 35 выполняют из кислотостойкого материала, а расстояние максимального перекрытия веерных струй (на фиг.1.2 показаны тонкими пунктирными линиями) подбирают в цеховых условиях, предварительно установив конструкцию рабочего органа дождевальной установки 35 на бывшие в употреблении металлические или пластмассовые бочки и подключив через шланги (на чертеже не показано) к заводской напорной сети водоснабжения, оптимальная горизонтальная плоскость со сплошной водной поверхностью будет соответствовать превышению рабочего органа дождевальной установки 35 над верхней поверхностью насадка 3, с расположенной непосредственно над ним решеткой для катализаторов (необязательное решение), эта плоскость рабочего органа дождевальной установки и будет определять высоту металлического корпуса 11 дождевальной установки 35, далее поверх рабочего органа дождевальной установки устанавливают деревянную решетку 12 (необязательное решение) из реек, установленных шарнирно с возможностью поворота вокруг своей оси по принципу хорошо известных оконных жалюзи, либо жалюзи радиаторов охлаждения различных механизмов (на чертеже не показано) с целью уменьшения или увеличения тяги в газоходе 2 второго уровня, предотвращающей срыв водных струй с дождевальной установки 35, при этом верхняя часть сварного металлического корпуса 11, состоящего из стоек и укосов, выполненных также из кислотостойкого швеллерного метала, три стороны которого с внутренней стороны обшивают жестью толщиной 0,2 мм из кислотостойкого материала (например, титана) (на чертеже не показано), монтируют на предварительно сооруженном металлическом корпусе 11 напротив насадка 3 по периметру водосборного бассейна (на чертеже подписано), при этом в обшивке одной из сторон, наиболее удобной для подъезда и работы автокрана, сооружают плотно закрываемые на шарнирах створки (на чертеже не показано) для извлечения и обслуживания рабочего органа дождевальной установки 35, деревянной решетки 14 (необязательное решение) и решетки для катализаторов 12 (необязательное решение). Корпус 11 дождевальной установки 35 также является основанием для газосборника 40, состоящего из кислотостойких боковых пластин 15, смонтированных на сварке, торцевой пластины 16, также смонтированной на сварке и верхней полусферы газохода 2 второго уровня, при этом зазоры газосборника 40 со стороны вытяжной трубы 1 на сварке заделывают металлическими кислотостойкими фигурными пластинами (на чертеже не показано), а боковые пластины 15 газосборника 40 приваривают к внешней или внутренней поверхности полусферы газохода 2, а нижнюю часть полусферы газохода 2 вырезают электрофрезой, например «болгаркой». Весь монтаж газосборника 40 и дождевальной установки 35 осуществляют при помощи сварки с применением подъемного крана. При этом верх газохода 2 второго уровня на 1 диаметр газохода превышает высоту корпуса дождевальной установки. Далее в нижней части корпуса 11 дождевальной установки 35 сооружают водосборный бассейн (на чертеже подписано) из кислотостойкого бетона, для чего сначала сооружают опалубку (на чертеже не показано) из бывших в употреблении древесных досчатых материалов, для возведения внешнего слоя бетона 17, устанавливают металлическую арматуру (на чертеже не показано) и заливают бетонным раствором, затем после набора им прочности по внутренней площади и его периметру укладывают стабилизационную кислотостойкую полиэтиленовую пленку 18 в два слоя. После чего с внутренней стороны бассейна (на чертеже подписано) сооружают опалубку (на чертеже не показано) для сооружения кислотостойкого внутреннего слоя 19 из железобетона с кислотостойкой арматурой (на чертеже не показано). При этом объем водосборного бассейна (на чертеже подписано) должен превышать единичный расход дождевальной установки не менее чем в 100 раз. Расход воды дождевальной установки рассчитывают с учетом растворимости и расхода газодымовых выбросов и объемов утилизированной пыли. Например, растворимость диоксида серы составляет 40 л / на 1 л воды. С учетом того, что ширина решетчатой дождевальной установки увеличена в 2 раза, а длина в три раза по сравнению с диаметром торцевой части насадка 3 нижнего уровня газохода 2, то расход воды на дождевание может быть увеличен в 2 раза. Расход газодымовых выбросов рассчитывается для каждой конкретной газодымовой трубы отдельно и с учетом растворимости в воде утилизируемых газодымовых выбросов. Например, расход газодымовых выбросов по диоксиду серы составляет 4000 л/с, тогда расход воды дождевальной установки соответственно будет равен: 4000 л/с / 40·2=200 л/с, т.е. 0,2 м³/с. В результате водосборный бассейн (на чертеже подписано) со стократным запасом должен иметь объем не менее 20 м³. При сооружении корпуса водосборного бассейна (на чертеже подписано) в одной из его стенок устраивают трубный водослив 20. При этом дно водосборного бассейна должно иметь уклон в сторону открытой стороны корпуса 11 с целью накапливания шлама. Далее на участке заводской территории с естественным уклоном не менее 0,001, либо в прибортовой части долины, рядом расположенного местного водотока, сооружают бассейн по очистке и нейтрализации сточных вод (на чертеже подписано), например, из железобетона или традиционный бассейн с ограждающей дамбой с экраном. В качестве примера приведем сооружение бассейна по очистке и нейтрализации сточных вод (далее-бассейн) (на чертеже подписано) из железобетона. На площадке с предпочтительно не фильтрующими грунтами, по прямоугольному периметру бассейна (на чертеже подписано), хорошо известными в строительстве современными способами, сооружают опалубку из досок бывших в употреблении (на чертеже не показано), устанавливают кислотостойкую арматуру (на чертеже не показано), укладывают в торцевой части последней секции бассейна (на чертеже подписано) сливной водовод (на чертеже подписано) с уклоном не менее 0,001 в сторону насосной станции оборотного водоснабжения (на чертеже подписано-НОВ) диаметром, например, 500 мм с толщиной стенок 20 мм. Далее заполняют внутреннее пространство опалубки кислотостойким бетонным раствором. В сооруженном таким образом железобетонном корпусе 21 высотой 1,5 м сооружают поперечные фильтрующие призмы 45, делящие на секции бассейн (на чертеже подписано), которые сооружают из кусков химически активных карбонатных или других пород отсыпкой при помощи грейфера или других подобных землечерпательных механизмов. При этом ширину бассейна (на чертеже подписано) принимают исходя из максимального выноса стрелы самоходных подъемных средств, равной 25 м (например, КАТО НК-120). Количество поперечных фильтрующих призм 45 соответствует четному или нечетному числу, превышающему цифру 2, предпочтительней цифру 5, при расстоянии между ними, равном не менее половины ширины бассейна (на чертеже подписано). При этом верхний гребень поперечных фильтрующих призм 45 располагают ниже верхней кромки корпуса 21 бассейна (на чертеже подписано) не менее чем на 0,25 м. При наличии продольной призмы 50 (необязательное выполнение) ее сооружают аналогичным способом и аналогичными механизмами, разница заключается лишь в том, что ее отсыпают вдоль продольной оси бассейна (на чертеже подписано) отсевом карбонатных пород предпочтительно дресвяно-песчаного состава, без предъявления строгих требований к количеству примесей более мелких частиц. Насосную оборотного водоснабжения (на чертеже подписано - НОВ) обычно подбирают в зависимости от требуемого расхода оборотной воды и при незначительных расходах, это могут быть передвижные насосные установки типа ХГН 20·20 или 30·50 и др., пригодные для работы с агрессивными жидкими средами, для значительных же расходов оборотной воды, предпочтительнее сооружать НОВ (на чертеже подписано), способные также работать с агрессивными жидкими средами, т.е. в каждом конкретном случае, в зависимости от расходов оборотной воды, энергетические службы предприятий или проектных организаций самостоятельно подбирают для своего предприятия из большого количества существующих и надежно себя показавших в эксплуатации НОВ (на чертеже подписано). Далее к НОВ (на чертеже подписано) подсоединяют водосливной водовод (на чертеже подписано), идущий от последней секции бассейна (на чертеже подписано). Узел приготовления реагентов с глиномешалкой, дозатором и расходомером (необязательное решение) сооружают в пристройке (на чертеже не показано) к НОВ (на чертеже подписано). Затем одновременно монтируют на одних и тех же опорах, например на городковых (на чертеже не показано), водосливной водовод от водосборного бассейна (на чертеже подписано) дождевальной установки 35 до первой секции бассейна (на чертеже подписано) с двусторонним сбросом с задвижками (на чертеже не показано), далее напорный водовод от первой секции бассейна (на чертеже подписано) до НОВ (на чертеже подписано) на таких же опорах (на чертеже не показано) вдоль продольной стены корпуса 21 бассейна (на чертеже подписано) прокладывают до НОВ (на чертеже подписано). Напорный водовод (на чертеже подписано) от НОВ (на чертеже подписано) подсоединяют к напорному распределительному водоводу (на чертеже подписано) дождевальной установки 35. Воздуховод насадка 3 подсоединяют к напорному магистральному воздуховоду (на чертеже не показано).

Все металлические конструкции бассейна (на чертеже подписано) выполняют из кислотостойких металлов и материалов. Затем наполняют бассейн рабочей жидкостью, т.е. водой, подлежащей сбросу в хвостохранилище или на рельеф из заводских или городских очистных сооружений. Подсоединив ниппель 8 к кислородопроводу (воздуховоду) (на чертеже подписано, фиг.1), а напорный водовод (на чертеже подписано (фиг.1)) к напорному водоводу высокого давления от насосной станции (на чертеже подписано и показано стрелкой (фиг.5)). Кислородопровод (воздуховод) (на чертеже подписано фиг.1) с насадком 3, насосная станция и рабочий орган дождевальной установки проходят обкатку в проектном режиме и принимаются рабочей комиссией предприятия с составлением акта готовности. Изобретение готово к работе.

Работа изобретения осуществляется следующим образом.

Утилизацию диоксида серы и других водорастворимых газов, а также пыли осуществляют следующим образом.

Исходная газодымовая струя с пылью, содержащая например, диоксид серы и другие газодымовые выбросы, подлежащие утилизации, под давлением, в виде струи, создаваемой дымососом или под действием разрежения, создаваемого воздушной струей через кислородопровод (воздуховод) (на чертеже подписано, фиг.1), ниппель 8, насадок 3 с С-образным наддувом 6 поступает в пространство корпуса 11 дождевальной установки 35 со скоростью, превышающей проектную скорость струи в газоходе 2, не менее чем в 1,01 раза, при этом по контуру газодымовой струи (на чертеже показано стрелками) будет формироваться плотная воздушная оболочка из холодного кислорода (воздуха) (на чертеже показано мелкими стрелками). При этом будет происходить их смешивание и образование газовоздушной смеси, контактирующей со сплошным нисходящим водным потоком от форсунок 10 рабочего органа решетчатого типа дождевальной установки 35, выполненного из водоподводящих патрубков 9 (на чертеже показано веерами штриховых, линий, фиг.1, 3) и контактируя с катализатором, расположенным навалом на решетке (необязательное выполнение) или подвешенных в виде гирлянд или полос на патрубках 9 решетчатой дождевальной установки 35, при этом в водо-газо-воздушной среде будут протекать окислительно-восстановительные химические реакции с растворением газов и осаждение утяжеленных за счет влаги частиц пыли.

Таким образом, газодымовая смесь (на чертеже показано стрелками, фиг.1), смешанная с кислородом или воздухом, попадает под сплошную дождевую завесу технической воды предприятия, как правило, содержащей в своем составе известь или мел, используемых для снижения агрессивного воздействия этих вод, на стенки водоводов, вступая в химическую реакцию при высокой температуре в пределах дождевальной установки превратит диоксид серы в триоксид серы, сернистую кислоту с последующим образованием серной кислоты при избытке воды. Полученные таким образом утилизируемые вещества и соединения в виде кислот, солей и др. веществ вместе с твердыми частицами пыли, в виде капель и струй (на чертеже показано стрелками с окружностями на конце, фиг.1) под действием гравитационного поля, нисходящим потоком попадут в водосборный бассейн (на чертеже подписано). Воздух, пары воды и часть водонерастворимых газов через газосборник 40 газоход 2 второго уровня и газодымовую трубу 1 поступят под действием вытяжной тяги газодымовой трубы 1 в атмосферу для рассеивания. Кислые же сточные воды из водосборного бассейна (на чертеже подписано, фиг.1), самотеком или при помощи дополнительного насоса (на чертеже не показано) подают для нейтрализации и очистки в первую секцию бассейна (на чертеже подписано, фиг.1, 5). При этом кислые растворы частично разбавятся очищенными водами заводских или городских очистных сооружений, а большинство продуктов утилизации водорастворимых газов выпадет в осадок, т.к. при попадании кислых стоков в бассейн они столкнутся с геохимическим, кислотно-щелочным и температурным барьерами. Оставшаяся часть не прореагировавших кислот вступит в химическую реакцию замещения или метасоматоза с кальцитом известняка поперечных призм 45 в первой и последующих секциях бассейна, с превращением известняка в гипс с выделением диоксида углерода по схеме:

Гипс в своем составе содержит: СаО - 32,5%; SO₄ - 46.6%; Н₂О - 20.9%.

При наличии продольной призмы (необязательное выполнение) первоначально направляют стоки для очистки в первую секцию одного из рядов, образованных продольной призмой 50.

Очищенные и нейтрализованные по указанной выше схеме сточные воды при помощи НОВ (на чертеже подписано) по напорному водоводу (на чертеже подписано и показано стрелкой, фиг.5) вновь подаются на рабочий орган дождевальной установки 35 для дальнейшей утилизации отходящих газодымовых выбросов. По мере накопления твердого осадка в водосборном бассейне (на чертеже подписано, фиг.1, 3) его извлекают грязевыми насосами (например, буровыми) или землечерпательными механизмами, хорошо известными в строительстве и горном деле, и транспортируют для складирования на хвостохранилищах или шламонакопителях (на чертеже не показано). Снег при уборке заводской территории и прилегающих автомобильных дорог к предприятию накапливают (складируют) на протяжении зимнего периода в пределах секций бассейна (на чертеже подписано) для разбавления очищаемых вод талыми водами, при этом противогололедный твердый материал попадет в секции бассейна, не попадая на рельеф и в водотоки, что, в свою очередь, снизит экологическую нагрузку на окружающую природную среду.

По мере того как химически активные карбонатные породы первой поперечной призмы 45 при взаимодействии с кислыми сточными водами превратятся в гипс и начнется перелив очищаемых сточных вод через ее гребень, в работу будут вступать последующие поперечные призмы. При остатке двух последних поперечных призм 45 в работе материал первых загипсованных поперечных призм 45 извлекают при помощи грейферных механизмов (на чертеже не показано) погружают в самосвальный транспорт (на чертеже не показано) и транспортируют на склад либо для использования в других целях таких, как для закладки выработанного пространства горнодобывающих предприятий, рекультивации ранее действовавших карьеров и выемок, для обвалования свалок промышленных и бытовых отходов, для создания противозоловых слоев при формировании указанных выше свалок и в других областях промышленности и хозяйственной деятельности. Взамен извлеченных пород из поперечных призм 45, отсыпают новые, при помощи тех же грейферных механизмов (на чертеже не показано) из кусков новых химически активных карбонатных пород. Удаление других загипсованных поперечных призм 45 и сооружения новых осуществляют таким же образом, как описано выше. Момент замены ранее существовавших призм 45 на вновь сооружаемые определяют визуально, т.е. когда наблюдается перелив очищаемых сточных вод через гребень поперечной призмы 45 без видимой фильтрации. Таким образом, наиболее часто будут меняться первые поперечные призмы 45 бассейна (на чертеже подписано). Достаточно распространенная скорость фильтрации в кусковых материалах поперечных призм 45 составляет 15 см/с. Пропускная фильтрационная способность призм 45, работающих полным сечением потока при этом составит:

где Q - расход потока, м³/с;

К - коэффициент фильтрации, м/с=0,15;

В - ширина потока, равная длине поперечных призм=25 м;

Н - высота фильтрационного потока, h=1,25 м (высота призм 45).

Подставив значения в формулу, получим:

Q=0,15·25·1.25=4,69 м³/с.

Скорость фильтрации дресвяно-песчаного слоя продольной призмы (необязательное выполнение) с включением пылеватых частиц, как правило, не превышает 5 м/сут.

Плотность известняка равна 2,75 т/м³.

Плотность гипса равна 2,3 т/м³.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для утилизации диоксида серы и других водорастворимых газодымовых выбросов и пыли с применением оборотного водоснабжения во всех областях промышленности и особенно на ТЭЦ, работающих на углях и торфе. При этом с внедрением предлагаемого изобретения резко возрастет актуальность строительства ТЭЦ на углях и торфах в условиях резкого снижения экологической нагрузки на окружающую природную среду и составит здоровую конкуренцию атомным электростанциям. В угольной промышленности прекратится спад, и отрасль начнет свое новое восхождение. Описанный выше комплекс утилизации газодымовых выбросов не имеет экспериментального опыта. Для повышения эффективности комплекса утилизации газодымовых выбросов, когда по описанной выше методике утилизируется менее 85 об.% газодымовых выбросов в изобретении предусмотрена решетка 12 с сеткой 13 для размещения катализаторов (необязательное решение). Для более быстрого окисления диоксида серы в настоящее время широко используются ванадиевые катализаторы марок: СВД(КД); СВНТ(КД); СВД(КДК); ИКА 1-6; СВС-3; КЧ-41, а в последнее время институтом УНИХИМ разработан низкотемпературный катализатор типа СВС. Эффективность работы предлагаемого комплекса утилизации газодымовых выбросов можно увеличить также и за счет применения поглощающих суспензий или растворов для полной или не менее 95% утилизации газодымовых выбросов. Из опыта мокрой утилизации газодымовых выбросов, в т.ч. и диоксида серы, известно применение водных суспензий из извести, известкового молока, тонко измельченного известняка при размере частиц менее 44 мкм более 99 вес.% и др. (патент 2149679, опубликован 27.05.1995 г.), водный раствор гидроксида калия (заявка №2002134762, опубл. 4.10.2004 г.), гидроксида натрия (патент №2236893, дата публ. 27.09.2004 г.), диоксида свинца, получаемого из лома при утилизации аккумуляторных батарей (патент №94019072, опубл. 27.05.1996 г.), растворы оксидномарганцевого соединения Na₂CO₃, NaCl (Ладыгичев М.Г., Бергер Г.Я. «Зарубежное и отечественное оборудование для очистки газов». Теплотехник, Москва, 2004, с. 173-175). Перечисленные выше суспензии и растворы имеют широкое практическое применение, однако наиболее предпочтительным, практичным и экологически чистым является применение водной суспензии мела с содержанием кальцита СаСО₃ до 95%. Для применения в технологии утилизации указанных выше катализаторов и суспензий в предлагаемом комплексе утилизации газодымовых выбросов имеются необходимые конструктивные элементы и оборудование. Указанные выше дополнительные мероприятия в предлагаемом комплексе утилизации газодымовых выбросов можно внедрить без привлечения дополнительного оборудования.

Предлагаемое изобретение, возможно, применить на предприятиях, где в процессе производятся газодымовые выбросы и пыль попадают в атмосферу. Работой по осуществлению предлагаемого изобретения можно управлять дистанционным способом. Внедрение предлагаемого изобретения позволит обеспечить более полную утилизацию газодымовых выбросов, в т.ч. и диоксида серы и других водорастворимых газодымовых выбросов, при этом изобретение предполагает использовать преимущественно оборотную и техническую воду от заводских или городских очистных сооружений, что не мало важно. При этом не требуется реконструкции существующих схем, за исключением реконструкции на ограниченном участке газохода между источником газовыделения (на чертеже не показано) и газодымовой трубой 1. В изобретении также отсутствуют вращающиеся механизмы в агрессивной газо-водо-воздушной среде, кроме НОВ (на чертеже подписано) и насоса или землечерпального механизма (на чертеже не показано) водосборного бассейна (на чертеже подписано). Реализация предлагаемого изобретения не требует огромных капитальных затрат и остановки производства на стадии подготовительных работ для его осуществления, т.к. основные блоки и закладные детали можно изготовить в механическом цехе или заводе и доставить на площадку для монтажа на любом виде транспорта. Предлагаемый комплекс при хорошей организации подготовительных работ можно осуществить в течение нескольких недель или месяцев. Также на одной заводской площадке водосборные бассейны дождевальных установок нескольких газодымовых труб можно замкнуть на один бассейн по очистке и нейтрализации сточных вод (на чертеже подписано). При внедрении комплекса в производство позволит оздоровить экологическую ситуацию не только на территориях отдельных предприятий, но и целых регионов, стран и планеты в целом. Сокращение газодымовых выбросов и пыли при внедрении предлагаемого комплекса будет способствовать выполнению Киотского соглашения, а сокращение платы за вредные выбросы и получение дохода от продажи квот на вредные выбросы другим государствам сделает его внедрение высокорентабельным. Особенно это актуально в период глобального потепления.

Изобретение может быть использовано в химической, энергетической, металлургической и др. областях промышленности. Комплекс утилизации газодымовых выбросов, включающий газодымовую трубу с двухуровневым газоходом, газосборник, насосную станцию оборотного водоснабжения с напорным водоводом, узел приготовления суспензии. Нижний газоход в торцевой части снабжен насадкой с С-образным наддувом. Также комплекс содержит дождевальную установку решетчатого типа на сварном металлическом корпусе с трехсторонней обшивкой и бассейн по нейтрализации и очистке сточных вод, разделенный на секции внутренними поперечными фильтрующими призмами. Предложенное изобретение позволит обеспечить более полную утилизацию диоксида серы и других водорастворимых газодымовых выбросов и твердых частиц, содержащихся в них, с применением оборотного водоснабжения. 5 ил.

Комплекс утилизации газодымовых выбросов, включающий газодымовую трубу с газоходом, сооруженным в двух уровнях по вертикали, газосборник, насосную станцию оборотного водоснабжения с напорным водоводом, узел приготовления суспензии, дождевальную установку с решеткой для катализатора и решетку для регулирования скорости газодымовой струи в газоходе второго уровня, водосборный бассейн с водоотводящим патрубком, отличающийся тем, что нижний газоход в торцевой части снабжен насадкой с С-образным наддувом, с воздоховодом и ниппелем, а дождевальная установка является установкой решетчатого типа на сварном металлическом корпусе с трехсторонней обшивкой, а также тем, что комплекс дополнительно содержит бассейн по очистке и нейтрализации сточных вод, разделенный на секции внутренними поперечными фильтрующими призмами.