СПОСОБ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ И СНИЖЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ CO В КОТЕЛЬНЫХ Российский патент 2024 года по МПК B01D53/18 

Настоящее изобретение относится к оборудованию для охраны окружающей среды и может быть использована для очистки дымовых газов котельных и прочего газовыделяющего оборудования, с целью снижения вредных выбросов, в том числе CO2, в атмосферу, при помощи Центробежно-Барботажной установки. Дополнительно изобретение оснащено теплообменниками для подогрева исходной воды, соответственно для экономии потребляемого природного газа и фильтр-прессом для утилизации насыщенного раствора CO2, путем добавления в водный углекислый раствор Са (ОН)₂ и получения СаСО₃, с целью его дальнейшей реализации. Данный метод представляет собой комплекс оборудования для полного цикла очистки и утилизации выделенного из дымовых газов CO2.

Углекислый газ CO2 - основной составляющий компонент парниковых газов, образующийся в результате сжигании органического топлива, в огромных количествах выбрасывается в атмосферу. Диоксид углерода поглощает значительную часть энергии, излучаемой земной поверхностью, и вместе с тем не препятствует прохождению солнечных лучей к земле, создавая таким образом парниковый эффект. Сторонники теории парникового эффекта считают, что с увеличением концентрации CO2 в атмосфере количество тепловой энергии в приземном слое атмосферы и на земной поверхности будет возрастать. С отходящими газами в атмосферу поступают твердые, жидкие, паро- и газообразные неорганические и органические вещества, поэтому по агрегатному состоянию загрязнения подразделяют на твердые, жидкие, газообразные и смешанные.

Эффективным направлением снижения выбросов является создание безотходных технологических процессов, предусматривающих, например, внедрение замкнутых газообразных потоков, однако до настоящего времени основным средством предотвращения вредных выбросов остается разработка и внедрение эффективных систем очистки газов. Выбор метода очистки зависит от многих факторов: концентрации извлекаемого компонента в отходящих газах, объема и температуры газа, содержания примесей, наличия хемосорбентов, возможности использования продуктов рекуперации, требуемой степени очистки.

Аналоги:

RU 2670171 С1 - Принцип получения диоксида углерода при помощи мембран. Охлажденные дымовые газы подаются на блоки мембранного разделения. В процессе прохождения через мембраны за счет селективной проницаемости газов через мембрану происходит компонентное разделение газового потока. Считается, что применяемые на данном этапе мембраны должны проявлять высокую проницаемость для диоксида углерода, а также высокую селективность в отношении диоксида углерода по сравнению с азотом или другим нецелевым газом. Изобретение относится к станциям получения жидкого диоксида углерода, сухого льда, азота мембранным способом разделения газов, и в частности, к способам получения или удаления диоксида углерода из продуктов сжигания или окисления топлива и продуктов ферментативной переработки, из дымовых газов, отходящих газов обжига извести и биогаза.

RU 2673285 С1 - Настоящий способ отличается от описанного выше способа обычного использования дополнительного скруббера тем, что из-за очень маленького размера частиц абсорбента, подаваемого в печь, дымовой газ, поступающий в скруббер, несет значительное количество очень мелких частицы СаО, которые могут быть легко использованы в качестве сорбента в скруббере. Из-за малого размера частиц СаО нет необходимости отделять частицы от потока дымовых газов перед скруббером и изменять их химические или физические характеристики, то есть, гасить частицы СаО или уменьшать их размер, прежде чем частицы будут использоваться в скруббере. Используя очень мелкие частицы СаО, происходящие из печи, в качестве сорбента в скруббере, можно устранить или, по меньшей мере, значительно уменьшить необходимость впрыскивания в скруббер отдельной добавки сокращения количества серы. Способ снижения содержания диоксида серы в дымовом газе, выходящем из котельной установки с циркулирующим псевдоожиженным слоем, включающей полусухой скруббер. Способ включает следующие этапы: подачу первого потока серосодержащего углеродсодержащего топлива в печь котла; подачу второго потока абсорбента, содержащего карбонат кальция; подачу кислородсодержащего газа в печь; сжигание топлива с кислородом; кальцинирование карбоната кальция до оксида кальция в печи и использование части оксида кальция для сульфатирования первой части диоксида серы в сульфат кальция в печи.

Задача изобретения очистка диоксида углерода из дымовых газов котельных, которые содержат от 7% до 10% CO2 при помощи ЦБУ (Центробежно-Барботажной установки), и сокращение количества выделяемого с уходящими газами CO2, решение которого направлено на реализацию снижения токсичных отходов, выбрасываемых в природную среду, экономия ТЭР за счет использования тепловой энергии уходящих газов в технологической схеме котельной.

Для решения поставленной задачи и получения максимального эффекта предусмотрено оборудование для снятия тепловой энергии уходящих газов и оборудование для утилизации выделенного раствора CO2 путем дозирования Са (ОН)2 и получать СаСО3, с целью его дальнейшей реализации.

Высокие коэффициенты тепломассообмена обеспечиваются за счет высоких скоростей газа в десятки раз увеличивающих удельную поверхность контакта фаз. Разные движения жидкости и газа в барботажном слое, позволяют жидкости, постоянно уносить продукты реакции с границы раздела фаз газ-жидкость. При сопоставимой производительности аппараты ЦБА обладают значительно меньшими габаритами по сравнению со скрубберами (диаметр и высота аппарата ЦБА номинальной производительностью 50 000 м3/час: 2100 и 4100 мм соответственно). Очистка высокотемпературных газов - аппараты могут работать при температурах, очищаемых газа, превышающих 1600 градусов. Соответственно необходимость в охлаждении газов перед газоочисткой в некоторых случаях - отсутствует.

Простота и надежность конструкции - отсутствие каких-либо вращающихся узлов и отсутствие форсунок не предъявляет жестких требований к качеству жидкости, обеспечивают бесперебойную работу аппаратов.

Если в стратегическом плане максимальное внимание отраслевой науки должно быть уделено разработке безотходных технологий с комплексной переработкой сырья в замкнутых производственных циклах, то сохранение качества окружающей среды при использовании технологий сегодняшнего дня требует разработки эффективных сооружений для очистки и обезвреживания промышленных стоков, выбросов и отходов, и строгого нормирования поступления в биосферу тех или иных токсикантов.

Таким образом сущностью полезной модели является полный цикл очистки дымовых газов от CO2 при помощи ЦБУ, подогрев исходной воды за счет снятия тепла уходящих газов при помощи теплообменников для экономии потребления природного газа и утилизация насыщенного раствора CO2 после очистки, разделением на воду и мел (для дальнейшей реализации) при помощи фильтр-пресса, а также сохранение относительной невысокой стоимости оборудования.

Предусмотрены следующие установки оборудования потребляющие энергию: дымосос центробежный котельный; циркуляционный насос оборотной воды для очистки дымовых газов (2 - основных, 1 - резервный.); насос водного раствора карбоната кальция (1 - основной, 1 - резервный.); миксер с электроприводом для емкости с реагентом.

Принцип работы ЦБА основан на пропускании газа через вращающийся слой жидкости, удерживаемый газовым потоком и центробежными силами в вихревой камере - завихрителе.

Емкость №1 предусмотрена для циркуляции оборотной воды для очистки дымовых газов. Вода из емкости поступает на циркуляционные насосы, далее вода для охлаждения и передачи тепла подается на пластинчатые теплообменники, где отдается тепло химически очищенной воде, которая подается на деаэратор.

После теплообменников охлажденная оборотная вода поступает на установки ЦБА, где происходит прохождение через дымовые газы. Дымовые газы очищаются и отдают тепло и CO2 оборотной воде. Далее оборотная вода стекает самотеком в емкость. При достижении концентрации Н2СО3 в оборотной воде определенных параметров, оборотная вода из емкости перекачивается в другую емкость №2. Следом в емкость №2 дозируется гидроксид кальция Са (ОН)2 (гашеная известь). Для перемешивания оборотной воды и гидроксида кальция, предусмотрен миксер с электроприводом. В результате химической реакции в емкости №2 образуется водный раствор карбоната кальция СаСО3 (мел). Насосами водный раствор подается на фильтр-пресс камерный, где мел спрессовывается в брикеты, а чистая оборотная вода подается снова в емкость №1.

Основные трубопроводы приняты из бесшовных труб из коррозионно-стойкой стали. Дренажные трубопроводы и трубопроводы холодной химически очищенной воды для съема тепла на теплообменниках приняты стальные электросварные, из стали марки СТ3сп5 по группе В.

Первичное заполнение и долив воды в емкость №1 предусматривается от трубопровода химически очищенной воды с помощью соленоидного клапана по заданной программе.

В качестве запорной арматуры предусмотрены дисковые затворы, из нержавеющей стали применяемые для химической промышленности с классом герметичности «А».

Трубопроводы прокладываются с уклоном i=0,004 в сторону движения среды, из нижних точек предусматривается слив воды. В низших точках системы установить сливные краны. Заделку зазоров и отверстий в местах прокладки трубопроводов следует предусматривать негорючими материалами, обеспечивая требуемый предел огнестойкости ограждения. Трубопроводы из стальных труб соответственно окрасить органосиликатной эмалью. Также произвести тепловую изоляцию.

Так же для более эффективной работы предусматривается установка дымососа более мощного по параметрам, без демонтажа существующих дымососов. Газоходы, предусмотренные предполагают возможность работы с ЦБУ и без ЦБУ в прежнем режиме, на время остановки и обслуживания ЦБУ. При отключении ЦБУ предусмотреть возможность отключения более мощного по параметрам дымососа и перекрывание шиберных заслонок на газоходах, с последующим включением существующих дымососов.

Газоходы на линии отвода продуктов сгорания и газоходы рециркуляции продуктов сгорания в топку котлов не должны иметь невентилируемых участков, в которых могли бы задерживаться и скапливаться продукты сгорания или газа.

Выбор тягодутьевых установок должна быть предусмотрена с учетом коэффициентов запаса по давлению и производительности.

Выбор, расчет и разработка тепловых и гидравлических схем установки производится с учетом достижения максимального коэффициента энергетической эффективности системы.

При использовании комплекса оборудования предусматривается снижение выбросов CO2 до 50% после очистки дымовых газов. Для достижения максимального значения энергетической эффективности установки принято использование современного высокоэффективного оборудования.

На фиг. 1 изображен общий вид ЦБА. В зависимости от решаемых задач, устройство может комплектоваться одной, двумя и более ступенями (для увеличения времени контакта фаз). ЦБА работает следующим образом: газы через патрубок 1 под давлением/разрежением поступают в ЦБА. Рабочая жидкость подается через патрубок 2 (давление жидкости на входе в ЦБА не регламентируется). Далее газ с жидкостью поступают в завихритель 3. После выхода из сепарационной зоны жидкость стекает в нижнюю часть аппарата - поддон, - откуда через патрубок 7 выводится из ЦБА. Очищенный воздух через патрубок 8 выбрасывается из аппарата.

На фиг. 2 изображен завихритель (вид сверху). Газ с жидкостью поступают в завихритель через равномерно расположенные по периметру тангенциальные щели 4. Внутри завихрителя газ начинает вращаться (вращение достигается за счет ввода газа в завихритель по касательной траектории через тангенциальные щели 4. Вместе с газом начинает вращаться поступающая в завихритель жидкость, раскручиваемая кинетической энергией газа. Под действием центробежных сил вращающаяся жидкость прижимается к боковой поверхности завихрителя, где постоянно раскручиваемая вдуваемым газом, образует вращающееся пенное кольцо 5, заполняющее все внутреннее пространство до центрального отверстия 6. При этом сам завихритель не вращается (стационарен), вращается только пенное кольцо. Газ с жидкостью двигаются через вращающийся барботажный слой по спиральной траектории от периферии к центральному отверстию 6. Поскольку скорость газа в десятки раз превышает скорость жидкости, то при его прохождении через вращающийся слой, газ с жидкостью дробятся в поле центробежных сил на очень мелкие пузырьки с развитой быстрообновляемой поверхностью контакта (размеры пузырьков обратно пропорциональны центробежным ускорениям).После выхода из первой барботажной ступени газожидкостная смесь поступает во вторую, третью и так далее барботажные ступени, работающие аналогично первой. После выхода из последней ступени газожидкостная смесь попадает в сепарационную зону, где происходит отделение жидкой фазы от газа.

На фиг. 3 изображена технологическая схема очистки дымовых газов. Емкость 1 предусмотрена для циркуляции оборотной воды для очистки дымовых газов. Вода из емкости 1 поступает на циркуляционные насосы 2 далее вода для охлаждения и передачи тепла подается на пластинчатые теплообменники 3, где отдается тепло хим. очищенной воде, которая подается на деаэратор 4. После теплообменников 3 охлажденная оборотная вода поступает на установки ЦБА5, где происходит прохождение через дымовые газы. Дымовые газы, проходят через существующую трубу 11 дымососами 10 очищаются и отдают тепло и CO2 оборотной воде. Далее оборотная вода стекает самотеком в емкость 1. При достижении концентрации Н2СО3 в оборотной воде определенных параметров, оборотная вода из емкости 1 перекачивается в емкость 6. В емкость 6 дозируется гидроксид кальция Са(ОН)2 (гашеная известь). Для перемешивания оборотной воды и гидроксида кальция в емкости 6 предусмотрен миксер 7 с электроприводом. В результате химической реакции в емкости 6 образуется водный раствор карбоната кальция СаСО3 (мел). Насосами 8 емкости 6 водный раствор подается на фильтр-пресс9 камерный, где мел спрессовывается в брикеты, а чистая оборотная вода подается в емкость 1.

Состав оборудования в технологической схеме полезной модели: Центробежно-Барботажный Аппарат ЦБА-40Т-3-2 шт. 5, дымосос центробежный ДН-15 - 2 шт. 10, циркуляционный насос оборотной воды для очистки дымовых газов ((Q=25 м³/ч, Н=12 м.в.ст., N=3 кВт; 380 В; ~50 Гц;) Grundfbs СМ25-1 A-R-I-V-AQQV - 4 шт. 2, насос водного раствора карбоната кальция - 2 шт 8, пластинчатый теплообменник для съема тепла с оборотной воды мощностью 2000 кВт Т10 - 2 шт. 3, емкость оборотной воды У=5100 л. с усиленной стенкой пр-во Анион 5000УВРК2 - 2 шт. 1 и 6, фильтр-пресс камерный ФЗГМ 10-1-Н 80/11 - 1 шт. 9, миксер с электроприводом для емкости с реагентом - 1 шт. 7, подающий водопровод оборотной воды 12, обратный водопровод оборотной воды 13, трубопровод умягченной подпиточной воды 14, трубопровод подогретой умягченной подпиточной воды 15, трубопровод водного раствора карбоната кальция 16, трубопровод оборотной воды после фильтра 17, трубопровод дренажный 18.

На фиг. 4 изображен общий вид чертежа оборудования ЦБА 1.

Настоящее изобретение относится к охране окружающей среды и может быть применено для очистки дымовых газов котельных и прочего газовыделяющего оборудования. Способ очистки дымовых газов котельных от диоксида углерода при помощи центробежно-барботажной установки (ЦБУ) включает следующие этапы: вода из емкости для циркуляции оборотной воды для очистки дымовых газов при помощи циркуляционных насосов подается на пластинчатые теплообменники для охлаждения и передачи тепла, где отдает тепло химически очищенной воде, которая подается на деаэратор. После теплообменников охлажденная оборотная вода поступает на установки центробежно-барботажных аппаратов (ЦБА), где происходит ее взаимодействие с дымовыми газами. Дымовые газы поступают в ЦБА при помощи дымососов, очищаются и отдают тепло и CO₂ оборотной воде, после чего оборотная вода стекает самотеком в емкость для циркуляции оборотной воды. При достижении концентрации Н₂СО₃ в оборотной воде заданных параметров оборотная вода из емкости для циркуляции перекачивается во вторую емкость. Во второй емкости в оборотную воду дозируется гидроксид кальция (гашеная известь), при этом осуществляется перемешивание оборотной воды и гидроксида кальция при помощи миксера с электроприводом, размещенного во второй емкости. В результате химической реакции во второй емкости образуется водный раствор карбоната кальция СаСО₃ (мела). При помощи насосов водный раствор из второй емкости подается на камерный фильтр-пресс, где мел спрессовывается в брикеты, а чистая оборотная вода подается снова в емкость для циркуляции. Данное изобретение направлено на снижение токсичных отходов, выбрасываемых в природную среду, и экономию ТЭР за счет использования тепловой энергии уходящих газов в технологической схеме котельной. 4 ил.

Способ очистки дымовых газов котельных от диоксида углерода при помощи центробежно-барботажной установки (ЦБУ), включающий следующие этапы: вода из емкости для циркуляции оборотной воды для очистки дымовых газов при помощи циркуляционных насосов подается на пластинчатые теплообменники для охлаждения и передачи тепла, где отдает тепло химически очищенной воде, которая подается на деаэратор, после теплообменников охлажденная оборотная вода поступает на установки центробежно-барботажных аппаратов (ЦБА), где происходит ее взаимодействие с дымовыми газами, дымовые газы поступают в ЦБА при помощи дымососов, очищаются и отдают тепло и CO₂ оборотной воде, после чего оборотная вода стекает самотеком в емкость для циркуляции оборотной воды, при достижении концентрации Н₂СО₃ в оборотной воде заданных параметров, оборотная вода из емкости для циркуляции перекачивается во вторую емкость, во второй емкости в оборотную воду дозируется гидроксид кальция (гашеная известь), при этом осуществляется перемешивание оборотной воды и гидроксида кальция при помощи миксера с электроприводом, размещенного во второй емкости, в результате химической реакции во второй емкости образуется водный раствор карбоната кальция СаСО₃ (мела), при помощи насосов водный раствор из второй емкости подается на камерный фильтр-пресс, где мел спрессовывается в брикеты, а чистая оборотная вода подается снова в емкость для циркуляции.