Повышение эффективности аппарата распылительного типа при решении проблем промышленной экологии

Проблема очистки отходящих газов часто характеризуется своеобразными особенностями: газы, выбрасываемые в атмосферу, имеют высокую температуру, содержат большое количество пыли, улавливание которой представляет значительные трудности (особенно при необходимости высокой степени очистки). Существенным фактором, затрудняющим разрешение проблемы очистки является низкая и/или переменная концентрация вредного компонента.

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха дымовыми газами на территории России вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов (таблица 1) [2].

С 1 июля 2004 г для действующих ТЭС европейской части России введены нормативы II Протокола Международной конвенции о трансграничном переносе (МКТП) загрязняющих веществ [4]. С установлением новых стандартов проблема очистки газовых выбросов стала более актуальной, особенно если учитывать то обстоятельство, что количество выбросов в Российской Федерации намного превышает аналогичные показатели в европейских странах (таблица 1).

Таблица 1

Суммарные выбросы загрязняющих веществ в европейских странах за 2010 г.

Страна	Загрязнитель
	SO x	NO x	NH 4	Летучие органические соединения
Россия	1302	2369	830	2081
Германия	449	1323	548	1053
Великобритания	406	1106	284	789
Франция	262	1080	645	852
Италия	210	964	379	1080
Щвеция	34	161	52	197

Очистка выбросов от загрязняющих веществ включает в себя различные методы, например, абсорбционный, адсорбционный, термическое дожигание [3]. С эффективностью очистки до 98 % технология мокрой очистки в аппаратах скрубберного типа является единственным практически выгодным методом для очистки отходящих газов [5].

Основными недостатками тарельчатого и насадочного скруббера является то, что они могут забиваться, а также образование осадка на тарелках и насадках. Данных недостатков лишены аппараты распылительного типа, в частности эжекторные скрубберы.

Задачей нашего исследования является разработка конструкции аппарата распылительного типа и изучение процесса химической очистки газовых выбросов.

Поставленная задача решается разработкой двухступенчатой системы очистки пиролизного газа на базе эжекторных скрубберов. Их преимущество – центральный форсуночный подвод, что позволяет скрубберу действовать по принципу эжекторного насоса. Для решения поставленной задачи были рассмотрены и проанализированы уже существующие разработки.

Технологическая схема установки со скруббером представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки.

Загрязненный газ, содержащий оксиды серы, равномерно подается в аппарат. Также при входе происходит измерение начальной концентрации оксидов серы газоанализатором (ГА1). Далее газ попадает в камеру смешения эжекторного скруббера (С). В скруббере происходит взаимодействие с раствором сорбента. Сорбент подается насосом (Н1) из емкости (Е) и эжектрируется через форсунку в камеру смешения. Отработанный сорбент сливается через патрубок в емкость (Е). Очищенный газ с помощью вентилятора (Н2) выводится в атмосферу. Концентрация оксидов серы на выходе контролируется газоанализатором (ГА2).

Расход подаваемого воздуха определяется ротаметром (Р). Гидравлическое сопротив- ление эжекторного скруббера измеряется дифференциальным манометром (М2).

Фотография и схема скруббера представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Фото и схема эжекторного скруббера

Аппарат для мокрой очистки газов представляет собой аппарат цилиндрической формы, состоит из цилиндрического корпуса , состоящего из нескольких секций 1-5 с плоским днищем и патрубками для вывода шлама 6 и очищенного газа 10, встроенного в корпус контактного устройства, состоящего конфузорнодиффузорной трубы 7, форсунки 8. Каплеулавливающее устройство расположено в корпусе аппарата и представляет собой цепи, подвешенные на хомуте, смонтированном в нижней части горловины посредством штырей и двух разъемных соединений (на рисунке не показано) [6].

Камера смешения состоит из служащего для увеличения скорости газа конфузора, в котором размещено сопло (форсунка), горловины, где происходит взаимодействие газовых вредных компонентов с сорбентом и протекают процессы коагуляции, а также за счет снижения скорости восстанавливается часть давления, затраченного на создание высокой скорости газа.

Сечения конфузора и горловины в камере смешения подобраны таким образом, чтобы создать условия для эжекции газов первичным высоконапорным потоком.

Жидкость вытекает из форсунки 8 с большой скоростью в виде струи, которая дробится на капли, и которые образуют в сечении горловины трубы 7 капельную завесу, аналогичную по своим характеристикам фильтровальной зернистой насадке. Твердые частицы и газовые молекулы, движущиеся в газовом потоке, проходя сквозь капельную завесу, улавливаются каплями в результате столкновения. На одной капле мо гут осаждаться несколько частиц, то есть происходит динамическая коагуляция.

Капли воды распыляются на мелкие частицы в виде тумана и заполняют весь объем конфузора трубы 7, через патрубок из камеры всасывания поступает газ с частичками пыли которые захватываются каплями воды и под действием силы тяжести подают вниз и выводятся через патрубок вывода шлама, очищенный газ выводится из аппарата.

Далее капли жидкости попадают на каплеулавливающее устройство, осаждаются на цепях и стекают по ним в виде пленки. Газ, поступая в каплеулавливающее устройство, проходит дополнительную очистку за счет взаимодействия с пленкой жидкости на цепях. Далее под действием гравитационных сил происходит осаждение жидкости с уловленной пылью в днище аппарата.

Расчет гидравлического сопротивления цепного каплеулавливающего слоя выполнен на основе определения эквивалентного диамет -ра каналов такого слоя d Э и диаметре элемента (звена цепи) d₃. Расчет значений d_Э и d₃ приведен в таблице 2.

Таблица 2

Расчет значений эквивалентного диаметра d Э для слоя из цепей

Звено	со К W О 5 « Щ ж" о g Л О С	о o"s о ^ s S ° S о ”	Щеп И \ СО ^н g« о S у	о о Щ о S о 2 * со & е, и о к	М ° 2 С . ф С5 щ Й н 5 2 ^ Щ	эщ й л	д m Щ Н О о S
∅4х 28 мм	0,72	1,104-•10-6	2,53105	1,110-3	2,78 102	1,0310-2	7,69-10 " 3
∅3х 20 мм	0,72	0,44410-6	6,31 105	5,9210-4	3,73 102	7,710-3	5,65-10 " 3

Эти величины найдены в работе по известным формулам [7]:

d, = 4s,

а

W1 •d э = 0-45 _ w •d з

£• V    (1 — s) Vs где e- пористость "цепного" слоя; а - удельная поверхность элементов такого слоя, м2/м3.

Работу скруббера проверяли на примере абсорбционной очистки газов от оксида серы. В качестве хемосорбента было принято решение использовать карбонат кальция, получен- ный в качестве побочного продукта при производстве нитроаммофоски на заводе ОАО «Минудобрения» (рисунок 3).

Рисунок 3. Микрофотография сорбента

содержание серы m,r

Рисунок 5. Эффективность улавливания SO 2 10-% раствором сорбента

Данные показывают высокую эффективность улавливания оксидов серы на уровне 99 – 99,4 % (рисунки 4, 5).

Рисунок 4. Эффективность улавливания SO2 5- % раствором сорбента

Предварительные результаты показывают, что при стехиометрическом соотношении Ca/S на входе равном примерно 2,0 выброс SO 2 снижается на 80-90 %, что значительно больше, чем намечалось - 70 %. Что соответствовало остаточной концентрации менее 30 мг/м³. Отчасти это объясняется большей степенью улавливания и отложение сорбента на цепной завесе (не более 20 мг/м³).

Предложенный аппарат для очистки газов позволяет:

• —    повысить эффективность очистки газов;

• —    повысить надежность работы;

• —    повысить степень очистки газового потока без применения дополнительного оборудования;

• —    снизить металлоемкость и сложность конструкции;

• —    удешевить процесс очистки;

• —    упростить конструкцию аппарата.