Охладительная система для металлургических газов

ОХЛАДИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ГАЗОВ Охладительная система для охлаждения и/или очистки, в частности, металлургических газов,которые направляются параллельно с содержащей кислоту жидкостью, в частности с кислотой,включает в себя вход (51) для газа, через который сверху подаются газы, кольцевой канал (55),проходящий по внутренней окружности верхней секции (52) трубы Вентури, через внутреннюю переливную стенку (57) которой (секции) содержащая кислоту жидкость перетекает в верхнюю секцию (52) трубы Вентури, и боковые сопла (58), установленные ниже кольцевого канала (55),через которые вводится дополнительное количество содержащей кислоту жидкости. Для получения чткого разделения между частями секции трубы Вентури, на которую воздействуют сухие/горячие или влажные/холодные условия, внутренний диаметр D1 верхней секции Вентури(52) больше внутреннего диаметра D2 входа (51) для газа в соответствии с настоящим изобретением. 013961 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к охладительной системе для охлаждения и, возможно, очистки,в частности, металлургических газов, которые направляются параллельно с содержащей кислоту жидкостью, в частности с серной кислотой, включающей в себя вход для газа, через который сверху подаются газы, кольцевой канал, проходящий по внутренней периферии верхней секции трубы Вентури, через внутреннюю переливную стенку которой содержащая кислоту жидкость перетекает в трубу Вентури, и включающей также боковые сопла, установленные ниже кольцевого канала, через которые вводится дополнительное количество содержащей кислоту жидкости. Уровень техники Охладительные системы используют, например, для охлаждения и отчасти также для очистки SO2 содержащих газов, которые образуются в металлургических процессах при выплавке металлов. ЕслиSO2-содержащие газы используют затем для производства серной кислоты, то перед их вводом в контактную область сернокислотной установки они должны быть освобождены от тврдых материалов и примесей. После отделения значительной части содержания пыли, например в пылеуловителях, электроосадителях и т.п., осуществляют промывку газа в охладительной системе, например в радиальнопоточных скрубберах. В охладительной системе газы охлаждаются в такой степени, чтобы быть приемлемыми для последующей аппаратуры, и отчасти очищаются. Остаточные примеси частично абсорбируются в серной кислоте и отделяются от газового потока. В традиционной охладительной системе 1, которая показана на фиг. 1, крыша башни имеет сопла 3,через которые вводят, например, 25%-ную серную кислоту. Подлежащий очистке горячий SO2 содержащий газ вводится через вход 4 для газа и направляется параллельно по отношению к серной кислоте. Чтобы охладительная башня обладала стойкостью к отработанной серной кислоте, она имеет кислотоупорную футеровку 5. Материал для этой футеровки выбирают с учтом соответствующего времени воздействия, и при этом имеются материалы, каждый из которых особенно подходит для сухогорячих или влажно-холодных условий. Что во всех случаях является абсолютно важным, это то, чтобы существовал промежуток между участками стенок, на которые воздействуют только горячий сухой газ или только влажная, относительно холодная серная кислота. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, помеченная область X на выходе 4 газа многократно включает в себя участки, которые время от времени подвергаются воздействию горячего газа, а затем подвергаются воздействию сухо-горячих условий либо время от времени увлажняются серной кислотой, а затем подвергаются воздействию влажнохолодных условий. Такое попеременное воздействие приводит к повышенному износу футеровки, в результате чего становится необходимой е замена. В альтернативных вариантах осуществления охладительной башни SO2-содержащий газ направляется параллельно с серной кислотой, используемой для охлаждения и очистки. В варианте осуществления охладительной башни типа трубы Вентури, показанном на фиг. 2, серную кислоту вводят через боковые сопла 11 в подаваемый сверху газ. Над соплами 11 установлена кольцевая труба 12, через которую дополнительную кислоту распыляют на стенку трубы Вентури с целью е увлажнения. Это должно обеспечить чткое разделение между сухо-горячими и влажно-холодными областями. Однако проблемы коррозии приводят к неравномерному увлажнению стенки трубы Вентури и, следовательно, к неопределнным областям с участками стенок, на которые воздействуют как сухо-горячие, так и влажно-холодные условия. В охладительной башне 20 типа Вентури, как это показано на фиг. 3, увлажнение участков стенки над боковыми соплами 21 осуществляется через периферический кольцевой трубопровод 22, к которому податся серная кислота. Серная кислота течт от кольцевого трубопровода 22 через перепускную стенку 23 в трубу Вентури охладительной башни 20 и увлажняет стенки. Из-за отложений в кольцевом трубопроводе 22 и из-за турбулентностей, порождаемых газовым потоком, содержащим тврдые материалы,здесь также может возникнуть неравномерный переток, в результате которого могут возникнуть зоны футеровки, на которые попеременно воздействуют сухо-горячие и влажно-холодные условия. Сущность изобретения Целью настоящего изобретения является достижение чткого разделения между сухо-горячими и влажно-холодными зонами в трубе Вентури и, таким образом, улучшения долговечности охладительных башен. С помощью данного изобретения указанная цель в значительной степени решается тем, что внутренний диаметр верхней секции трубы Вентури перед горловиной трубы Вентури больше внутреннего диаметра входа для газа. Результатом этого является то, что газ, протекающий сверху через вход для газа, не нарушает переток содержащей кислоту жидкости, в частности серной кислоты, из кольцевого канала, благодаря чему периферическая стенка трубы Вентури может равномерно смачиваться серной кислотой. Это обеспечивает чткое разделение между областями футеровки стенки вблизи входа для газа,на которые воздействуют только сухие и горячие условия, и областями, начинающимися от кольцевого канала, на которые воздействуют только влажные и холодные условия. Путм соответствующего выбора материала для футеровки охладительной башни срок службы е может быть значительно увеличен, благодаря чему могут быть продлены интервалы между циклами технического обслуживания.-1 013961 Известные охладительные башни типа Вентури, показанные на фиг. 2 и 3, имеют, однако, общим то, что вход для газа и часть трубы Вентури перед горловиной трубы Вентури обладают одним и тем же диаметром. Работающая в противоточном режиме охладительная башня 1 варианта осуществления, показанного на фиг. 1, также имеет постоянный внутренний диаметр. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения внутренний диаметр верхней секции трубы Вентури больше внутреннего диаметра входа для газа на 5-15%, преимущественно на 7-10%. Благодаря этому серная кислота из кольцевого канала может протекать через переточную стенку в невозмущнном состоянии и равномерно смачивать стенку трубы Вентури. При диаметре входа для газа, равном, например, 2800 мм, оказалось выгодным увеличить внутренний диаметр трубы Вентури на 100-500 мм и предпочтительно приблизительно на 300 мм. Согласно одному из особо предпочтительных вариантов осуществления изобретения кольцевой канал расширяется в направлении кверху. Это обеспечивает высокую скорость потока внизу кольцевого канала, что предотвращает осаждение в трубопроводе содержащихся в серной кислоте тврдых материалов. С другой стороны, расширение кольцевого канала в его верхней части обеспечивает низкую скорость перетока серной кислоты, благодаря чему на стенке трубы Вентури образуется равномерная жидкая плнка. Согласно одному из аспектов настоящего изобретения кольцевой канал конически расширяется в направлении к верху, причм расширение кольцевого канала преимущественно достигается путм скашивания наружной поверхности переточной стенки, обращенной одной из сторон к кольцевому каналу. После этого наружная стенка охладительной башни может быть обеспечена равномерной изоляцией. Оказалось целесообразным увеличивать ширину кольцевого канала от е нижней части до е верхней части на 100-200%, предпочтительно примерно на 150%. Чтобы улучшить равномерное смачивание периферической стенки трубы Вентури, верхнюю кромку переточной стенки преимущественно наклоняют на угол от 20 до 70, предпочтительно от 30 до 60 и обычно приблизительно на 45 в направлении потока содержащей кислоту жидкости. Согласно одному из аспектов изобретения серная кислота поступает в кольцевой канал через несколько, в частности через шесть, впускных отверстий. Чтобы иметь равномерный поток, впускные отверстия преимущественно равномерно распределены по периферии трубы Вентури и тангенциально открываются в кольцевой канал. При адаптации к имеющему место воздействию стенки трубы Вентури вблизи входа для газа, крыша трубы Вентури и кольцевой канал футеруются согласно изобретению с использованием кирпичей различного качества. Оказалось выгодным футеровать область входа для газа термостойким кирпичом, в частности кирпичом из карбида кремния, связанного с нитридом, который обладает особенно хорошими свойствами в отношении стойкости к воздействию тепла в сухих условиях. С другой стороны, область кольцевого канала преимущественно футеруют углерод-графитовым кирпичом, который легко противостоит воздействию влажных и холодных условий. Графитовый кирпич обладает хорошей стойкостью к термическому шоку и кислотам, благодаря чему этот несколько более дорогой материал предпочтительно используют вблизи потолка трубы Вентури и/или в промежутке от входа для газа к потолку трубы Вентури, а также, возможно, вверху переточной стенки. Поскольку цементы и цементные растворы, используемые для заделки кирпичей футеровки, также способны легко противостоять воздействию либо сухо-горячих, либо влажно-холодных условий, кирпичи для футерования стенок входа для газа, потолка трубы Вентури и кольцевого канала укладывают с использованием цементов и цементных растворов с различными качествами, адаптированными для соответствующих профилей воздействий согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Далее изобретение детально описывается со ссылками на один из вариантов осуществления и чертежи. Все признаки, описанные и/или проиллюстрированные сами по себе или в какой-либо комбинации,составляют предмет изобретения независимо от их включения в формулу изобретения или е обратные ссылки. Перечень чертежей Фиг. 1 - схематическое представление традиционной охладительной башни, работающей в режиме противотока; фиг. 2 - схематическое представление традиционной охладительной башни типа Вентури, работающей в режиме параллельного тока; фиг. 3 - схематическое представление ещ одной традиционной охладительной башни типа Вентури, работающей в режиме параллельного тока; фиг. 4 - схематическое представление охладительной системы согласно настоящему изобретению; фиг. 5 - увеличенный частичный разрез охладительной системы, показанной на фиг. 4, вблизи кольцевого канала; фиг. 6 - разрез по линии VI-VI на фиг. 4; фиг. 7 - схематическое представление модифицированной традиционной охладительной башни в соответствии с настоящим изобретением.-2 013961 Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Фиг. 4-6 схематически показывают охладительную систему типа Вентури согласно настоящему изобретению. У своего верхнего торца труба Вентури 50 имеет вход 51 для газа, примыкающую к нему верхнюю секцию Вентури 52 и следующую за ней горловину Вентури 53. В иллюстрируемом варианте осуществления внутренний диаметр D1 верхней секции трубы Вентури 52 больше внутреннего диаметра D2 входа 51 для газа приблизительно на 7,5%. Соотношение размеров расширяющейся части зависит от общего размера установки. Переход между разными диаметрами упоминается как потолок трубы Вентури 54. Под потолком трубы Вентури 54 выполнен жлобообразный кольцевой канал 55, проходящий вокруг секции 52 трубы Вентури. Кольцевой канал 55 ограничен наружной стенкой 56 трубы Вентури 50 и переточной стенкой 57. Под кольцевым каналом 55, в торце верхней секции 52 трубы Вентури несколько(например, восемь) боковых сопел 58, равномерно распределнных по периферии трубы Вентури 50,установлены для ввода серной кислоты. Сопла 58 являются преимущественно 60 соплами, которые вводят и распыляют серную кислоту при перепаде давления примерно 1-2 бар. Как можно, в частности, видеть на фиг. 6, несколько (в частности, шесть) впускных отверстий 59,равномерно распределенных по периферии трубы Вентури, тангенциально открываются в кольцевой канал 55 для подачи серной кислоты. Как лучше всего видно на фиг. 5, нижняя часть кольцевого канала 55, в которую открываются впускные отверстия 59, имеет относительно небольшую ширину, например 80 мм, которая приблизительно соответствует поперечному сечению отверстия впускных отверстий 59. В направлении кверху кольцевой канал 55 расширяется равномерно за счт скашивания наружной поверхности 60 переточной стенки 57 до достижения ширины, например, 200 мм у верхнего торца, что соответствует расширению кольцевого канала 55 на 150%. Верхняя кромка 61 переточной стенки 57, которая ведт к верхней секции 52 трубы Вентури, наклонена вниз приблизительно на 45. Труба Вентури 50 выложена несколькими слоями футеровки, предназначенными для соответствующих воздействий со стороны вводимого газа или серной кислоты, которые показаны на фиг. 5. Вблизи входа 51 для газа в направлении снаружи-внутрь вначале уложен простой изоляционный кирпич или пеностекло 62, затем огнеупорный изоляционный кирпич (лгкий шамотный кирпич) 63 и, наконец, термостойкий кирпич 64 из связанного с нитридом карбида кремния. Вблизи потолка 54 трубы Вентури и, в частности, в промежуточной области между входом 51 для газа и потолком 54 трубы Вентури вместо кремнийкарбидного кирпича уложен графитовый кирпич 65, например, в качестве фасонного графитового потолочного кирпича. На фиг. 5 графитовый кирпич 65 уложен только в промежуточной области между входом 51 для газа и потолком 54 трубы Вентури, но он может также распространяться и на ту часть потолка 54 трубы Вентури, которая расположена над кольцевым каналом 55. Вблизи кольцевого канала 55 и верхней секции 52 трубы Вентури вначале уложен с наружной стороны слой кислотоупорных стандартных кирпичей 66, к которому примыкает слой углеродных кирпичей 67. Переточная стенка 57 также состоит из углеродных кирпичей 67, например, в форме углеродного клинового кирпича. В случае необходимости, верх переточной стенки 57, который контактирует с газовым потоком, также может быть выполнен из графитового кирпича. В соответствии с воздействием футеровки могут быть заделаны разными сортами цемента или цементного раствора. Труба Вентури 50 охладительной системы настоящего изобретения в основном сконструирована,как описано выше. Ниже описывается е работа. Поступающий с металлургической установки горячий SO2-содержащий газ податся в трубу Вентури 50 сверху через вход 51 для газа. Охлаждение и очистка газового потока осуществляется с помощью серной кислоты, которая вводится главным образом через боковые сопла 58 и охлаждает газовый поток,благодаря чему последний может подаваться в последующую аппаратуру и затем на сернокислотную контактную установку. Одновременно происходит абсорбция примесей и связывание частиц пыли. Серная кислота податся также к периферическому кольцевому каналу 55, расположенному над боковыми соплами 58, протекает затем через переточную стенку 57 и смачивает стенку верхней секции 52 трубы Вентури. Благодаря расширению поперечного сечения кольцевого канала 55 серная кислота в нижней части кольцевого канала 55 течт с относительно высокой скоростью потока, вследствие чего содержащиеся в серной кислоте тврдые материалы удерживаются в суспензии и не могут осесть. Благодаря расширению поперечного сечения кольцевого канала 55 скорость потока уменьшается в направлении кверху и составляет в верхней области только 30-40% от скорости подачи через впускное отверстие 59, в результате чего серная кислота может медленно протекать через переточную стенку 57 и равномерно смачивать стенку верхней секции 52 трубы Вентури. Это обеспечивает то, что в верхней секции 52 трубы Вентури образуется плнка жидкости, вследствие чего в этой области футеровка 67 подвергается воздействию исключительно со стороны влажных и холодных условий. Вблизи входа 51 для газа, однако, в контакт с футеровкой 64 вступает только горячий и сухой газ. Увеличенный диаметр D1 верхней секции 52 трубы Вентури обеспечивает то, что газовый поток не портит и не разрывает плнку жидкости на стенке верхней секции 52 трубы Вентури. Этим путм достигается чткое разделение между областями, на которые исключительно воздействуют горячие и сухие-3 013961 условия и исключительно влажные и холодные условия. Это продлевает срок службы футеровки и, соответственно, интервалы между циклами технического обслуживания. На фиг. 7 показано, как традиционная башня 1, которая перед этим работала, например, в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1, может быть модернизирована с помощью изобретения. Труба Вентури 50 согласно настоящему изобретению установлена перед (по ходу процесса) входом 3 для газа, показанного на фиг. 1, и смонтирована сбоку на впускном отверстии охладительной башни 1. Газ, направляемый параллельно с серной кислотой, проходит через трубу Вентури 50 и затем поступает в существующую охладительную башню 1, после чего газ выходит через верхнее выпускное отверстие для того, чтобы затем быть поданным на последующую газоочистку. Серную кислоту выводят из зумпфа 6 охладительной башни 1 и выгружают через трубопровод 7. Сопла 3, которые в первоначальной охладительной башне 1 были установлены в потолке 2 охладительной башни, загружены, например,только на 50%. Кроме того, в потолке охладительной башни установлены аварийные сопла для дополнительного охлаждения газового потока в том случае, когда газовый поток вс ещ слишком горяч для того, чтобы быть поданным на последующие элементы из пластика. После модернизации существующей охладительной башни с помощью трубы Вентури изобретения в проблемной зоне X на переходе от входа для газа в охладительную башню также может использоваться футеровка, которая подходит для соответствующего воздействия и которая не повреждается от смены воздействий. Пример. В охладительной башне согласно изобретению внутренний диаметр D1 верхней секции 52 трубы Вентури равен 3000 мм и больше внутреннего диаметра D2 вблизи ввода 51 для газа приблизительно на 200 мм. Через вход 51 для газа вводится приблизительно 200000 Нм 3/ч SO2-содержащего газа при температуре примерно 350 С. Для охлаждения и очистки газа податся в сумме примерно 450 м 3/ч максимально 25%-ной серной кислоты с температурой 60-70 С, причм, например, 370-390 м 3/ч подаются через сопла 58 и, соответственно, 60-80 м 3/ч через кольцевой канал. В соплах 58 серная кислота распыляется при перепаде давления 1-2 бар. Серная кислота вводится в кольцевой канал 55 со скоростью потока приблизительно 1-2 м/с, благодаря чему содержащиеся в серной кислоте тврдые материалы (не более 10 г/л) удерживаются в суспензии в нижней части кольцевого канала 55 и не могут оседать. Ширина в нижней части кольцевого канала равна примерно 80 мм и расширяется в направлении кверху до примерно 200 мм. Это понижает скорость протекающего в верхнюю секцию 53 трубы Вентури потока серной кислоты в верхней части кольцевого канала приблизительно до 40% от скорости подаваемого сырья. Это обеспечивает равномерное смачивание верхней секции 52 трубы Вентури. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Охладительная система для охлаждения и/или очистки, в частности, металлургических газов, которые направляются параллельно с содержащей кислоту жидкостью, в частности с кислотой, включающая в себя вход (51) для газа, через который сверху подаются газы,кольцевой канал (55), проходящий по внутренней окружности верхней секции (52) трубы Вентури,через внутреннюю переливную стенку (57) которой (секции) содержащая кислоту жидкость перетекает в верхнюю секцию (52) трубы Вентури, и боковые сопла (58), установленные ниже кольцевого канала (55), через которые вводится дополнительное количество содержащей кислоту жидкости,где внутренний диаметр (D1) верхней секции (52) трубы Вентури больше внутреннего диаметра(D2) входа (51) для газа и где кольцевой канал (55) расширяется в направлении кверху. 2. Охладительная система по п.1, отличающаяся тем, что внутренний диаметр (D1) верхней секции(52) трубы Вентури больше внутреннего диаметра (D2) входа (51) для газа на величину от 5 до 15%, преимущественно от 7 до 10%. 3. Охладительная система по п.2, отличающаяся тем, что внутренний диаметр (D1) верхней секции(52) трубы Вентури больше внутреннего диаметра (D2) входа (51) для газа на величину от 100 до 500 нм,преимущественно приблизительно от 200 до 400 мм. 4. Охладительная система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что расширение кольцевого канала (55) достигается путм скашивания наружной поверхности (60) переточной стенки (57), обращенной к кольцевому каналу (55). 5. Охладительная система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что ширина кольцевого канала(55) увеличивается от его нижней части до его верхней части на величину от 100 до 200%, преимущественно приблизительно на 150%. 6. Охладительная система по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что верхняя кромка (61) переточной стенки (57) преимущественно наклонена на угол от 20 до 70, предпочтительно от 30 до 60 и обычно приблизительно на 45 в направлении потока содержащей кислоту жидкости. 7. Охладительная система по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что несколько впускных отвер-4 013961 стий (59) для содержащей кислоту жидкости тангенциально открываются в кольцевой канал (55). 8. Охладительная система по п.7, отличающаяся тем, что впускные отверстия (59) равномерно распределены по периферии секции (52) трубы Вентури. 9. Охладительная система по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что стенки (50) трубы Вентури вблизи входа (51) для газа, потолка (54) трубы Вентури и кольцевого канала (56) футерованы кирпичами различного качества. 10. Охладительная система по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что область входа (51) для газа футерована термостойким кирпичом, в частности кирпичом из карбида кремния. 11. Охладительная система по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что область кольцевого канала (55) футерована углерод/графитовым кирпичом. 12. Охладительная система по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что область потолка (54) трубы Вентури и/или промежуточная область от входа (51) для газа до потолка (54) трубы Вентури футерована графитовым кирпичом. 13. Охладительная система по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что кирпичи для футерования стенок входа (51) для газа, потолка (54) трубы Вентури и кольцевого канала (55) укладывают с цементом или цементным раствором различного качества.