Скруббер для очистки дымовых газов

1 В дымовых газах электростанций и котельных содержатся различные количества SO2,SO3, закиси азота, аналогичных примесей кислотного происхождения, являющихся продуктами сгорания топлива. Такие соединения или аналогичные примеси также содержатся в уходящих газах многих химических установок. Известно, что данные примеси представляют собой опасность для окружающей среды, в связи с чем в законодательстве обычно содержатся требования о предварительной очистке таких газов до их выпуска в атмосферу с целью максимально возможно снизить содержание упомянутых вредных примесей. В некоторых случаях в данную категорию также в включают СО 2. Применяется множество способов, которые обычно объединяют общим названием способ влажной десульфуризации дымовых газов (FGD), при этом во всех случаях дымовые газы вводят в контакт с водным раствором или суспензией, имеющей основную реакцию, с целью абсорбции вредных примесей. Указанные способы можно подразделить на: а) способ с использованием щелочной суспензии, содержащей известняк или негашеную известь, в результате чего преимущественно образуется суспензия сульфита кальция и/или кристаллы сульфата и содержащий вредные примеси отстой водного раствора;b) способ с использованием щелочной суспензии гидроокислов щелочного металла (калий, натрий), щелочно-земельного металла(кальций, магний) или аммония, в результате чего образуются растворы сульфита и/или соли сульфата, твердые частицы в которых преимущественно не выпадают в осадок, иc) способ с использованием разведенных солевых растворов, таких как морская вода, используемых однократно. Для обеспечения абсорбции кислотных примесей в водные растворы и введения их в контакт с имеющим основную реакцию компонентом требуется тесное взаимодействие между дымовыми газами и суспензией или раствором. Такое взаимодействие осуществляется в специально сконструированном оборудовании, контакторе, абсорбере или скруббере. Несмотря на то, что в объем настоящего изобретения включены и иные термины, в данной заявке будет использоваться термин скруббер. Обычно промышленные скрубберы состоят из вертикальных колонн, суспензия или раствор в которых текут вниз, а газы могут течь вниз (параллельным контактом) либо вверх(встречный контакт). В прошлом в небольших установках использовались насадочные колонны и/или тарельчатые колонны, однако в настоящее время чаще используются распылительные колонны с очисткой встречным контактом. Несмотря на то, что в насадочных или тарельчатых колоннах обеспечивается более эффективный контакт, чем в распылительных ко 001995 2 лоннах, их невозможно использовать с концентрированной суспензией, их установка обходится значительно дороже и они создают больший перепад давления по потоку газа. В конструкции промышленных скрубберов должны учитываться противоречивые требования; с одной стороны, для удержания объемных скоростей потока газа/жидкости в рабочем диапазоне требуется значительная внутренняя рециркуляция жидкости, а с другой стороны, требуется поддерживать нетто-прямоток жидкости на очень низком уровне, что необходимо для получения концентрированного раствора для проведения последующей переработки. Колонна с очисткой встречным контактом в целом состоит из (см. фиг. 1) полой вертикальной цилиндрической камеры, при этом осуществляют следующие технологические стадии:a) раствор или суспензию закачивают под давлением и распыляют в верхней части через большое число распылительных сопел, образующих распределительную систему, покрывающую по горизонтали все поперечное сечение колонны на одном или нескольких уровнях;b) образующиеся капли стекают вниз и собираются в отстойнике, расположенном у нижнего конца колонны; в процессе падения значительная часть капель сталкивается друг с другом и образует более крупные капли;c) через расположенный с одной стороны колонны горизонтальный газоход подают газы,при этом до поступления газов вертикально вверх против потока капель линия их тока должна сделать поворот на 90,результатом этого является неравномерность скоростей и появление мертвых пространств;d) в результате вертикального контакта происходит как частичная абсорбция, так и выравнивание температур, так как газы могут быть охлаждены за счет испарения воды; иногда восходящий поток газа захватывает небольшие капли;e) над верхним рядом распылительных сопел до выпуска газов обычно происходит их разделение и захват ими капель;f) большую часть раствора или суспензии из отстойника закачивают обратно в распылительные сопла, после чего в поток добавляют свежий раствор или суспензию; в результате этого отстой раствора или суспензии непрерывно удаляется из отстойника и подается на стадию дополнительной переработки, представляющую собой единую и неотъемлемую часть способа FGD. Скруббер с распылительной колонной такой общепринятой конфигурации используется в большом числе установок FGD, вырабатывающих сульфит кальция или сульфатные суспензии, поскольку такая колонна проста для разработки и конструирования и может исполь 3 зоваться с суспензиями большей или меньшей концентрации. Тем не менее ей присущ ряд недостатков, оказывающих влияние на эффективность ее применения в других способах. Типичными примерами таких недостатков являются:a) принцип действия скруббера предусматривает не более одной равновесной ступени в силу значительной степени рециркуляции жидкости от конца до начала цикла и относительно малого изменения концентрации примесей в жидкостном цикле. Любой способ, в котором требуется более чем одна равновесная ступень(с целью обеспечения более низкой остаточной концентрации вредных примесей в уходящих газах), не может быть осуществлен в скруббере с одной распылительной колонной. Термин встречный контакт в данном случае вводит в заблуждение, поскольку он относится лишь к гидродинамическим потокам, а не к результатам осуществления способа. Кроме того, для достижения состояния равновесия на одной ступени и обеспечения необходимой движущей силы переноса массы, должен быть значительно увеличен кругооборот примесей и должен поддерживаться избыточный уровень реагентов, что приводит к потере неиспользованных реагентов в отстое.b) для ограничения обратного перемешивания и захвата капель жидкости/суспензии вертикальные скорости потока газа поддерживают на относительно низком уровне, что отрицательно сказывается на производительности процесса абсорбции. Более низкие скорости потока газа при высоком объемном расходе дымовых газов обычно делают необходимым значительно увеличивать диаметр промышленных колонн.c) такой увеличенный диаметр колонн сочетается со значительной высотой, необходимой для выполнения различных функций (например,для размещения сборного резервуара, участка поворота потока газа, участка контакта, сепарации и расслоения смеси), что делает такие колонны очень громоздкими и увеличивает расходы на их конструирование и создает проблемы при устройстве фундамента.d) у таких колонн большой высоты также увеличено потребление энергии накачки, необходимой для рециркуляции суспензии, так как необходимо использовать более дорогостоящие насосы высокого давления. Целью настоящего изобретения является создание более эффективного скруббера, в котором устранены или по, меньшей мере, существенно ослаблены упомянутые выше недостатки, присущие скрубберу с распылительной колонной, и который, в частности, пригоден для использования в способах FGD, целью которых является обеспечение высокой эффективности удаления примесей и использование водного раствора, твердые частицы в котором преимущественно не выпадают в осадок. 4 Из упомянутых способов FGD особый интерес представляют те из них, в которых в качестве основного реагента используется аммиак,поскольку в процессе их осуществления образуется концентрированный раствор сульфата аммония, который может быть легко подвергнут переработке с целью получения разнообразных удобрений. Краткое изложение сущности изобретения Скруббер состоит из (см. фиг. 2) горизонтальной камеры, имеющей форму прямоугольника в поперечном сечении и разделенной по горизонтальной оси демистерами на множество отсеков. Газы поступают через расположенный на одном из концов газоход и выходят через газоход, расположенный на другом конце. Разделяющие отсеки демистеры типа "ограды из штакетника" обеспечивают равномерное распределение линий тока газа по всей площади поперечного сечения и сводят к минимуму захват капель между отсеками. Горизонтальная ось может быть согнута или повернута в любом направлении или даже может иметь форму полностью согнутой подковы, если это предусмотрено условиями компоновки или соображениями удобства. В каждом отсеке (возможно, за исключением последнего) расположен резервуар для сбора жидкости и центробежный насос, распределяющий жидкость по множеству (3-5) перпендикулярных потоку газа распределительных сопел по типу"падающих шторок". Капли жидкости возвращаются в резервуар. Резервуары для сбора жидкости устроены таким образом, что избыток жидкости из одного резервуара перетекает в предыдущий резервуар, при этом исключается возможность противотока жидкости. Воду или обрабатывающий раствор подают в последний отсек. Из переливающейся из различных отсеков жидкости получают растворы увеличивающейся концентрации, а из резервуара первого отсека получают концентрированный раствор, переливающийся в сборный бак. Щелочной реагент может быть введен в один или несколько отсеков, в зависимости от выбранного способа. Его можно также распылять в горячие дымовые газы, поступающие в скруббер. Поток газа во множестве отсеков входит в плотный контакт с жидкостью, имеющей различные заданные концентрации, в результате чего обеспечивается конструкция для осуществления подлинного многоступенчатого способа очистки встречным контактом. Последний отсек может также служить для осуществления окончательного расслоения смеси до выпуска газов. С учетом нижеследующего в отличающемся новизной скруббере устранены или, по меньшей мере, существенно ослаблены перечисленные выше недостатки, присущие скрубберу с очистительной колонной: а) обеспечена конструкция для осуществления подлинного многоступенчатого, а не одноступенчатого способа очистки встречным 5 контактом за счет разделения на внутреннюю рециркуляцию, необходимую для удержания объемных скоростей потока газа/жидкости в рабочем диапазоне, и поддержания неттопрямотока жидкости на очень низком уровне,что необходимо для получения концентрированного раствора для проведения последующей переработки. В результате этого- требуется меньший объем контакта в силу большей движущей силе переноса массы и/или- образуется более концентрированный отстой раствора для последующей переработки и- в уходящих газах остается меньшая остаточная концентрация вредных примесей.b) Это позволяет использовать газ с гораздо более высокими, чем в распылительной колонне скоростями, поскольку газ течет перпендикулярно направлению воздействующей на капли силы тяжести, и траектория капель может быть отклонена лишь в сторону до тех пор, пока они не столкнутся с вертикальными демистерами типа "ограды из штакетника". Благодаря этому значительно уменьшается площадь поперечного сечения и "радиальные" размеры.c) Горизонтальная конфигурация позволяет использовать на любой удобной высоте легкие конструкции, легко встраиваемые в промышленные схемы размещения, поскольку скруббер такой конфигурации может быть изогнут и установлен на крыше. Используются очень мелкие резервуары, которые могут быть наклонены в любом нужном направлении.d) Требуемая высота нагнетания находится, по меньшей мере, в пять раз ниже, за счет чего значительно снижаются затраты энергии, а насосы не обязательно должны относиться к насосам высокого давления.e) Разделение растворов по различным отсекам позволяет осуществлять управление с обратной связью на входе реагентов с целью обеспечения эффективной регулировки колебаний условий эксплуатации и последующего сведения к минимуму нерационального использования таких реагентов. Краткое описание чертежей На фиг. 1 схематически проиллюстрирован типичный скруббер с распылительной колонной,на фиг. 2 схематически проиллюстрирован предлагаемый скруббер,на фиг. 3 изображено поперечное сечение демистера типа ограды из штакетника. Подробное описание изобретения и чертежей Скруббер с отличающейся новизной конструкцией в целом состоит из горизонтальной полой камеры, имеющей форму прямоугольника в поперечном сечении и разделенной по горизонтальной оси демистерами типа "ограды из штакетника" на множество отсеков. Дымовые газы поступают через расположенный на одном из концов газоход, проходят в горизонтальном 6 направлении через все отсеки и выходят через газоход, расположенный на другом конце. Последний отсек служит для осуществления окончательного расслоения смеси до выпуска газов. Отсеки обозначены в направлении потока газа. Упомянутые демистеры типа "ограды из штакетника" состоят из 3, 4 или 5 рядов прямых"штакетин", проходящих от верха до низа камеры, при этом каждая из них выполнена из листа,согнутого под углом, открытым навстречу потоку, как это показано на фиг. 3 (в поперечном сечении). Функция демистеров типа "ограды из штакетника" заключается в равномерном распределении линий тока газа по всей площади поперечного сечения и сведении к минимуму захвата капель в отсеках. Несмотря на эффективность демистеров типа "ограды из штакетника" и малый перепад давления, также могут использоваться демистеры иных типов, такие как перфорированные пластины, сетка из проволоки или прутьев, жалюзи и им подобные приспособления. Горизонтальная ось может быть согнута или повернута в любом направлении или даже может иметь форму кольца или полностью согнутой подковы, если это предусмотрено условиями компоновки или соображениями удобства. На дне каждого отсека (возможно, за исключением последнего) расположен резервуар,подающий жидкость в центробежный насос,распределяющий жидкость по множеству распределительных сопел, образующих 3-5 "падающих шторок", перпендикулярных потоку газа. Таким образом, скорость циркуляции в каждом отсеке может быть установлена независимо от другого отсека. Капли жидкости снова собираются в том же самом отсеке резервуара. Щелочной реагент может быть введен в любой отсек, или разделен между несколькими отсеками, или распылен в горячие дымовые газы, поступающие в систему. В последний отсек вводят воду для обработки или обрабатывающий раствор. Число отсеков может быть выбрано в зависимости от конкретного рассматриваемого способа. Поток газа ослабляют и приводят в состояние термического равновесия с помощью испарения воды в различных отсеках, содержащих жидкость с различной регулируемой концентрацией, благодаря чему обеспечивается конструкция для осуществления подлинного многоступенчатого способа очистки встречным контактом. Резервуары для жидкости различных отсеков устроены таким образом, что избыток жидкости из одного резервуара перетекает в предыдущий резервуар, при этом исключается возможность противотока жидкости. Из переливающейся из различных отсеков жидкости получают растворы увеличивающейся концентрации, а концентрированный раствор, полученный 7 из резервуара первого отсека, переливается в сборный бак (производительность скруббера). В случае необходимости охладить уходящие газы с целью ограничения эффекта газового султана возможно использовать воду из совмещенной с реактором градирни в последнем отсеке и подать их на рециркуляцию в градирню из любого промежуточного отсека. В целом изобретение основано на обладающем новизной сочетании следующих признаков, что существенно ослабляет недостатки,в целом присущие скрубберу с распылительной колонной:a) Наличие отдельных отсеков позволяет создать конструкцию для осуществления подлинного многоступенчатого способа очистки встречным контактом при большей движущей силе переноса массы, в отличие от одноступенчатого способа в скруббере с распылительной колонной, что обеспечивается за счет разделения функций между внутренней рециркуляцией жидкости, необходимой для удержания объемных скоростей потока газа/жидкости в рабочем диапазоне, и поддержанием нетто-прямотока жидкости на очень низком уровне, что необходимо для получения концентрированного раствора для проведения последующей переработки. За этот счет уменьшается требуемый объем оборудования и/или обеспечивается более высокая концентрация отстоя растворов для последующего разведения и/или более низкая остаточная концентрация вредных примесей в уходящих газах.b) Горизонтальная конфигурация обеспечивает гораздо более высокую, чем в распылительной колонне, скорость газа, поскольку газ течет перпендикулярно направлению воздействующей на капли силы тяжести, и траектория капель может быть отклонена лишь в сторону до тех пор, пока они не столкнутся с вертикальными демистерами типа "ограды из штакетника". Благодаря этому значительно уменьшается площадь поперечного сечения, а также "радиальные" размеры и общий объем скруббера.c) Обладающая новизной конфигурация отличается гибкостью замысла и дает возможность использовать на любой удобной высоте легкие конструкции, легко встраиваемые в промышленные схемы размещения и не ухудшает эксплуатационные характеристики, поскольку скруббер такой конфигурации может быть изогнут и установлен на крыше. Используются очень мелкие резервуары, которые могут быть наклонены в любом нужном направлении.d) Требуемая высота нагнетания находится, по меньшей мере, в пять раз ниже, за счет чего значительно снижаются затраты энергии, а насосы не обязательно должны относиться к насосам высокого давления. Несмотря на то, что ниже изобретение будет описано со ссылкой на определенные предпочтительные варианты осуществления, проил 001995 8 люстрированные на нижеследующих примерах,очевидно, что оно не ограничено данными конкретными вариантами его осуществления. Напротив, изобретение включает в себя все альтернативные варианты, модификации и аналоги,которые могут быть включены в объем изобретения, ограниченный приложенными патентными притязаниями Таким образом, с учетом того,что нижеследующие примеры, включающие предпочтительные варианты осуществления,служат целям проиллюстрировать практическую возможность осуществить изобретение,очевидно, что описанные подробности приведены лишь в качестве примеров и в целях проиллюстрировать предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, а также с целью дать наиболее эффективное и доступное для понимания описание способа осуществления, принципов и концептуальных аспектов изобретения. Процентные показатели в приведенных ниже примерах даны в пересчете на массу, если не указано что-либо иное. Пример 1. Поток дымовых газов с объемной скоростью 400,000 нм 3/ч и температурой 100 С, содержащий 2,360 (объемных) частей на миллионSO2 и 10% воды (объемных), ввели в скруббер новой конструкции с 5 отсеками, описанный в данной заявке. Через впускной канал со скоростью 9,500 кг/ч был распылен и подвергнут испарению 15-процентный раствор аммиака, в результате чего газ был охлажден до температуры 64 С. В последний отсек добавили воду с температурой 28 С, за счет чего уходящие газы были охлаждены до температуры 40 С, и содержали менее 1% SO2 в исходном материале и менее 10 (объемных) частей на миллион аммиака. Воду удалили из второго отсека и за исключением незначительного количества, перелившегося в первый отсек, подали на рециркуляцию в совмещенную с реактором градирню. Из первого отсека был получен 30-процентный сульфит аммония со скоростью потока 4,980 кг/ч и температурой 54 С. Пример 2. Поток дымовых газов с объемной скоростью 750,000 нм 3/ч и температурой 150 С, содержащий 745 (объемных) частей на миллионSO2 и 10% воды (объемных), ввели в скруббер новой конструкции с 4 отсеками, описанный в данной заявке. Через впускной канал со скоростью 5,650 кг/ч был распылен и подвергнут испарению 15-процентный раствор аммиака, в результате чего газ был охлажден до температуры 139 С. Из первого отсека перелился 30 процентный сульфит аммония со скорость 2,840 кг/ч и температурой 77 С. В последний отсек добавили воду с температурой 28 С, за счет чего уходящие газы были охлаждены до температуры 40 С и содержали менее 3% S02 в исходном материале и менее 10 (объемных) частей на 9 миллион аммиака. Воду удалили из второго отсека и за исключением незначительного количества, перелившегося в первый отсек, подали на рециркуляцию в совмещенную с реактором градирню. Пример 3. Поток дымовых газов с объемной скоростью 1,750,000 нм 3/ч и температурой 150 С,содержащий 1,000 (объемных) частей на миллион SO2 и 10% воды (объемных), ввели в скруббер новой конструкции с 6 отсеками, описанный в данной заявке. С входящими газами был смешан 15-процентный раствор аммиака (со скоростью 17,700 кг/ч), в результате чего они были охлаждены до температуры 135 С. Полученный раствор с температурой 72 С, перелившийся из первого отсека, содержал 30% сульфита аммония со скоростью 4,980 кг/ч. В последний отсек добавили воду с температурой 28 С, за счет чего уходящие газы были охлаждены до температуры 40 С и содержали менее 1,5% SO2 в исходном материале и менее 10 (объемных) частей на миллион аммиака. Воду удалили из второго отсека и за исключением незначительного количества, перелившегося в первый отсек подали на рециркуляцию в совмещенную с реактором градирню. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Скруббер, предназначенный для обработки дымовых газов электростанций или химических установок с целью абсорбции вредных примесей, таких как SO2, SO3, НСl, закись азота, СO2 и им подобных, в водный раствор,твердые частицы в котором преимущественно не выпадают в осадок, включающий:a) горизонтальную камеру, имеющую форму прямоугольника в поперечном сечении и разделенную по горизонтальной оси на множество отсеков вертикально осушающими демистерами, покрывающими по вертикали всю площадь поперечного сечения;b) расположенный в каждом отсеке мелкий резервуар для сбора жидкости, который может быть повернут в любом нужном направлении;c) насос, с регулируемой производительностью, распределяющий жидкость из каждого такого резервуара во множество распылительных сопел, расположенных в том же отсеке и образующих 3-5 вертикальных "падающих шторок", перпендикулярных потоку газа и покрывающих в вертикальном направлении всю площадь поперечного сечения, в то время как капли жидкости снова падают в резервуар;d) резервуары для жидкости, устроенные таким образом, что избыток жидкости из одного резервуара перетекает в предыдущий резервуар,при этом исключается возможность противотока жидкости; жидкость из резервуара первого отсека перетекает в сборный бак; воду или обрабатывающий раствор подают в последний 10 отсек, в результате чего из переливающейся из различных отсеков жидкости получают растворы увеличивающейся концентрации и концентрированный окончательный раствор; 2. Скруббер по п.1, горизонтальная ось у которого согнута или повернута в любом направлении или имеет форму кольца или полностью согнутой подковы, если это предусмотрено условиями компоновки. 3. Скруббер по п.1, в котором расположенные между отсеками демистеры выполнены по типу "ограды из штакетника" и обеспечивают равномерное распределение линий тока газа по всей площади поперечного сечения и сводят к минимуму захват капель между отсеками. 4. Скруббер по п.1, число отсеков в котором составляет от 3 до 7. 5. Способ обработки дымовых газов с использованием скруббера, описанного в пп.1-4,заключающийся в том, что газ подают через один конец камеры скруббера, где он, проходя через отсеки камеры, вводится в плотный контакт с жидкостями с различными регулируемыми концентрациями, а затем газ выводят через другой конец скруббера, при этом, по меньшей мере, в один отсек вводят щелочной реагент. 6. Способ по п.5, в котором щелочной реагент распределяют между несколькими отсеками или распыляют во входящие горячие дымовые газы. 7. Способ по п.5, в котором средняя линейная скорость перемещения газа через камеру составляет от 3 до 12 м/с. 8. Способ по п.5, в котором охлажденную воду из системы совмещенной с реактором градирни вводят в последний отсек и подают на рециркуляцию в градирню из любого промежуточного отсека. 9. Способ по п.5, в котором добавление реагента(ов) регулируется с помощью непрерывного следящего анализа раствора в одном из промежуточных отсеков.