Устройство для очистки дымовых газов от оксидов азота

 

Использование: изобретение может быть использовано при создании гаэоочистных установок на предприятиях различных отраслей народного хозяйства, обладающих мощным теплотехническим оборудованием , в том числе на компрессорных станииях. Сущность изобретения: в устройстве к каналу основного газохода подсоединен обводной канал, в котором установлено денитрирующее устройство, состоящее из двух рабочих участков, являющихся отдельными ступенями очистки, в первом по ходу газа участке установлено устройство подачи и распределения аммиака и аппарат с фонтанирующим слоем частиц катализатора, а во втором - устройства подачи и распределения перекиси водорода и пылеулавливания , кроме того, с обводным каналом связано устройство элевации и регенерации катализатора. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! В 4!!- 1Ц9@!,",i i

9ТЕКА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4842493/26 (22) 21,05,90 (46) 23.08,92, Бюл. N.. 31 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по транспорту природного газа (72) В,И. Диденко, Ю.И, Кармазин, И,П, Сурков и В.Н. Милютин (56) Заявка ФР.Г ¹ 3643612, кл. В 01 0

53/36, 1988, Патент ФРГ N 3736306, кл. В 01 D

53/34, F 23 J 15/00, 1988, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА (57) Использование. изобретение может быть использовано при создании газоочистных установок на предприятиях различных

Изобретение относится к технологии и аппаратам каталитической очистки уходящих газов от вредных газообразных веществ, в частности оксидов азота, и может найти применение при создании газоочистных установок на предприятиях различных отраслей народного хозяйства, обладающих мощным теплотехническим оборудованием, в том числе на компрессорных станциях магистральных газопроводов, с целью охраны окружающей среды от загрязнения и улучшения условий работы эксплуатационного персонала.

Известно устройство для ввода восстановителя при интенсивном перемешивании отходящих газов, содержащих Nox, размещенное в канале отходящего газа перед слоем катализатора, состоящее из трубок с распылителями аммиака, параллельно расположенными по всей ширине поперечного

„,5U „„1755902 А1 (я)ю В 01 0 53/34, 53/36, G 05 О 27/00 отраслей народного хозяйства, обладающих мощным теплотехническим оборудованием, в том числе на компрессорных станциях. Сущность изобретения: в устройстве к каналу основного газохода подсоединен обводной канал, в котором установлено денитрирующее устройство, состоящее из двух рабочих участков, являющихся отдельными ступенями очистки, в первом по ходу газа участке установлено устройство подачи и распределения аммиака и аппарат с фонтанирующим слоем частиц катализатора, а во втором — устройства подачи и распределения перекиси водорода и пылеулавливания, кроме того, с обводным каналом связано устройство элевации и регенерации катализатора. 2 з,п. ф-лы, 4 ил. сечения канала, отличающееся тем, что дополнительно к трубкам с распылителями и параллельно им размещены элементы для прохода потока отходящего газа, Недостатками устройства являются: недостаточная равномерность раздачи восстановителя по сечению канала реакционной зоны и, следовательно, необеспечение гомогенности смеси и равномерного контакта реагирующих газов в среде катализатора; отсутствие автоматического контроля и дозиоования ввода восстановителей в среду отходящих газов, в зависимости от содержания вредных газообразных веществ; отсутствие контроля степени эффективности очистки отходящих дымовых газов от оксидов азота и контроля возможности

"проскока" непрореагировавшего аммиака в выхлопной тракт газохода;

1755902

25

30 необходимость остановки теплотехнического оборудования и ри ремонтно-монтажных работах или в случае замены катализатора, приотсутствии обводного(байпасного) газохода; повышенное гидравлическое сопротивление тракта газохода и, следовательно, повышенные энергозатраты, требующие, при прохождении очищаемых газов через пористый слой катализатора, применения TRioдутьевых устройств; невозможность восстановления свойств "отравленного" катализатора в эксплуатационных условиях, например, компрессорных станций; сравнительно малые удельные поверхности контакта реагирующих масс веществ в среде катализатора, Известен газоход для обработки дымового газа, применяемый с целью восстановления оксидов азота, содержащий большое колйчество распределительных трубок с сопловыми отверстиями для впрыскивания восстановителя, в частности, аммиака, Распределительные трубки распределены в плоскости сечения гаэохода и соединены с подводящими трубопроводами через регулирующий клапан, Газоход отличается тем, что каждая распределительная трубка состоит, по меньшей мере, из двух параллельных трубок, присоединенных к одному регулирующему клапану, Патрубки проходят от противоположных сторон газохода соответственно до его середины. Данное устройство принято в качестве прототипа, Основными недостатками его являются: отсутствие контроля за очисткой уходящих дымовых газов от оксидов азота и непрореагировавшего аммиака; малая удельная каталитическая поверхность контакта реагирующих сред в смеси; значительное сопротивление тракта при прохождении газов через слой пористого катализатора; концентрационные и температурные перекосы и деформации в смеси газового потока с восстановителем; отсутствие установки регенерации катализатора s условиях эксплуатации на площадках компрессорных станций; потребность в дополнительнь:х тягодутьевых устройствах для преодоления сопротивления тракта газохода, загроможденного слоем твердого пористого катализатора, .Целью изобретения является устранение указанных. недостатков и, в первую очередь, повышение степени очистки дымовых газов от оксидов азота и экономичности процесса, 35, 40

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем гаэоход, в канале которого размещены слой катализатора и ряды распределительных трубок с сопловыми отверстиями, в его состав дополнительно введено устройство элевации и регенерации катализатора, содержащее бункер для гранул катализатора, регенератор, пневмотранспортные трубопроводы с задвижками, сопло, в виде трубы Вентури, компрессор, накопитель с отбойным козырьком и дисковым питателем с ротором, к каналу газохода, с установленным в нем утилизационным теплообменником, подсоединен обводной канал, входной участок которого имеет сопло с косым срезом, в виде подвижного насадка с регулятором и приводом его выдвижения.

Кроме того, в обводном канале установ- лено детонирующее устройство, состоящее иэ двух рабочих участков в виде неравнопроходных тройников, в первом по ходу газа рабочем участке установлено устройство подачи и распределения аммиака и аппарат с фонтанирующим слоем катализатора, во втором участке установлено устройство подачи и распределения перекиси водорода и пылеулавливания, с обводным каналом связано устройство элевации и регенерации катализатора, при этом обводной канал подсоединен к газоходу под углом 45-50 град к его продольной оси. Устройства подачи и распределения аммиака и перекиси водорода выполнены в виде кольцевых пилонов с осями, расположенными по радиусам центров равновеликих площадок, острые углы которых направлены навстречу поток, и снабжены соплами с центробежными форсунками.

Выполнение устройства очистки дымовых газов в виде газохода с обводным каналом позволяет, наряду с улучшением условий эксплуатации газотурбинной установки, производить ремонтные и монтажнодемонтажные работы, не останавливая ее.

Размещение денитрирующего устройства в обводном канале, состоящего иэ двух основных рабочих участков в виде неравнопроходных тройников, позволяет разделить устройство на две отдельные ступени очистки с разными функциональными возможностями, увеличить время контакта реагирующих сред в соответствующих ступенях очистки и, следовательно, увеличить степень очистки отходящих газов, улучшить блочность, транспортабельность и сборность конструкции, Установка в первом по ходу газа участке обводного канала устройства подачи и распределения аммиака с гомогенизатором

5 1755902 б

15

25

30 смешения и аппарата с фонтанирующим взвешенным слоем узкофракционированных частиц катализатора с постоянной циркуляцией позволяет увеличить контакт и время пребывания реагирующих сред в реакционной зоне, улучшить массообменные процессы в присутствии катализатора,производить эффективную очистку газов от оксида азота, превращая смесь последних с аммиаком в безвредные азот и воду

Гомогенизатор потока смеси позволяет обеспечить однородность смеси перед денитрирующим устройством.

Устройство подачи и распределения перекиси водорода во второй ступени денитрирующего устройства во втором по ходу газа участке газохода позволяет нейтрализовать непрореагировавший и "проскочивший" из первой ступени аммиак перед выбросом уходящих газов в окружающую среду. При этом гомогенизатор для смешения уходящих газов с перекисью водорода не требуется, так как дальше по ходу газа установлен пылеуловитель скрубберного типа, который позволяет уловить пылевые частички, а также трехатомные газообразные вредные соединения и удалить их в дренажную канализацию.

Применение катализатора в виде пористых гранул, выполненных из керамического материала и покрытых гидрофобным циолитом с низкой кислотной активностью, находящегося в реакционной денитрирующей зоне во взвешенном циркулирующем состоянии, в сравнении с пористым непод- 35 вижным слоем катализатора, позволяет снизить гидравлическое сопротивление тракта гаэохода, энергетические затраты; улучшить условия контакта реагирующих сред и удельные каталитические поверхности, а следовательно, и степень, и эффективность очистки уходящих дымовых газов от, оксидов азота, ускоряя реакцию восстановления.

На каталитически активной поверхно- 45 сти элементов, выполненных в виде гранул . катализатора, протекает процесс химического превращения токсичных примесей в безвредные соединения.

Ввиду того,.что каталитические элемен- 50 ты, циркулируя,.сталкиваются в потоке, устраняются условия для снижения эффективности очистки отходящих газов от токсичных примесей в процессе эксплуатации устройства, При. этом устраняются условия воэможности про- 55 скока неочищенных газов каталитической поверхности в атмосферу, Применяемый в установке циолит обладает большой удельной поверхностью пор (сотки квадратных метров на грамм) и достаточной механической прочностью, не допускающей истирания при многократных циклах сталкивания при движении в газовом потоке, обладает также высоким термическим сопротивлением, При этом с целью обеспечения безопас ной работы газотурбинной установки осуществляется автоматическая блокировка и задвижка канала основного газохода перекрывается только в случае полностью открытой задвижки обводного канала и наоборот.

Выполнение устройств подачи и распределения восстановителей в виде кольцевых пилонов, с осями, расположенными по радиусам центров равновеликих площадок, равных 1=0,035 — 0,04 м каждая, и располо2 женных в поперечном сечении газохода, острые углы которых направлены навстречу потоку и оборудованы соплами с центробежными форсунками, размещенными на пилонах в шахматном порядке, по радиусам, проведенным под углом 10 — 15 в сечении газохода, позволяет осуществить пересечение следов факелов распыла восстановителей, создать эффективную турбулентную зону предварительного "грубого" смешения реагирующих сред перед гомогенизатором с дальнейшим поступлением в реакционную зону денитрирования, поддержать заданную концентрационную способность распределения аммиака в смеси, дозированность его количества, равномерность распределения по сечению.

Для уменьшения сопротивления потока, при заданной текущей турбулизации, связанной с режимом работы газотурбинной установки, элементы раздачи восстановителей, направленные навстречу потоку, имеют обтекаемую форму.

Оси центров равновеликих площадок, совмещенных с осями кольцевых пйлонов, определяются по зависимости В;=В2п -1/2п, где R(— значение радиуса i-й равновеликой площадки; R — радиус газохода; п — номер

1-й равновеликой площадки и-Рсеч /f - коли- чество равновеликих площадок в сечении газохода; Есеч, м — поперечное сечение ra2 захода в месте установки устройства: f, м г значение площади равновеликой площадки, близкое к оптимальному, Установка в канале основного газохода (на его выходе) утилизационного теплообменника (с возможностью его выдвижения из газохода в случае отсутствия оксидов азота в дымовых газах или потребности в горячей воде), позволяет снизить удельный расход топливного газа на газотурбинную установку, утилизировать часть выбрасываемого с уходящими газами тепла, создать потребный подпор газового потока для ор1755902

5 t0

30 ганизэции рабочего процесса аппарата фонтанирующего слоя, Связь задатчикэ сравнительного устройства с задатчиком наличия оксидов азота и аммиака, крутящего момента (частоты вращения) газовой турбины, а также с регуляторами привода задвижек каналов основного и обводного газоходов, регулятором привода подвижного насадка, регуляторами подачи и распределения аммиака и перекиси водорода, регулятором доэирования и подачи гранул катализатора на регенерацию и в реакционную зону денитрирую.цего устройства, позволяет автоматизировать процесс очистки дымовых газов от оксидов азота, создать практически безлюдную технологию, значительно сэкономить эксплуатационные затраты.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг, 2 — устройство для подачи и распределения восстановителей; на фиг, 3 — разрез А-А на фиг. 2; на фиг.

4 — схема аппарата фонтанирующего слоя, Устройство для очистки дымовых газов от оксидов азота содержит: источник дыма, например, газовую турбину 1, канал. 2 газохода с датчиком 3 концентрации оксидов азота в потоке газа, задатчик 4 сравнитель. ного устройства, обводной канал 5, регулятор 6 и привод 7 задвижки 8, регулятор 9 и привод 10 задвижки 11, регулятор 12 привода.13 регулируемого телескопического насадка 14„регулятор 15 устройства 16 подачи и распределения аммиака в потоке уходящих газов, кольцевые пилоны 17 с центробежными механическими форсунками 18, вихревое устройство-гомогенизатор 19, денитрирующее устройство 20 с рабочими участками 21, 22 в виде неравнопроходных тройников, аппарат 23 с фонтанирующим слоем узкофракционированных частиц 24 катализатора, входным устройством 25 и гаэораспределительной решеткой 26, устройство 27 подачи и распределения перекиси водорода. пылеуловитель 28, утилизационный теплообменник 29, смеситель 30 разбавления перекиси водорода, датчик 31 концентрации оксидов азота и аммиака на выходе из газохода, регулятор 32 подачи и распределения перекиси водорода. регуля тор 33 привода 35 задвижки 37, регулятор 34 и ривода 36 задвижки 38, отводя щий и невмотрубопровод 39, бункер 40 сбора отработанного катализатора, регулятор 41, подводящий . йневмотрубопровод 42, сопло43 в виде трубы

Вентури, компрессор 44 с регулятором 45 его работы, накопитель 46 с отбойным щитком 47 и поворотным дисковым питателем 48 с ротором, пневмотрубопровод 49; регулятор 50 привода 51 задвижки 52.

Устройство очистки от оксидов азота работает следующим образом.

Уходящие газы, например от газовой турбины 1, подают в канал 2 газохода. Одновременно от датчика 3 концентрации оксидов азота в потоке газа в канале 2 подают сигнал на задатчик 4 сравнительного устройства, который при наличии оксидов дает команду на переключение канала 2 газохода на обводной канал 5, При этом сигнал от регулятора 6 подают на привод 7, который открывает задвижку 8 обводного канала 5.

Одновременно сигнал от регулятора 9 lloступает на привод 10, который закрывает задвижку 11 канала 2 газохода. По сигналу регулятора 12 привод 13 выдвигает регулируемый телескопический насадок 14 с косым срезом в канал 2 газохода, Далее от эадатчика 4 подают команду на регулятор 15 устройства 16 подачи и распределения аммиака в потоке уходящих газов, при это. . аммиак подается в отработавшие газы, в количестве, пропорциональном частоте вращения двигателя или развиваемому им крутящему моменту, с помощью датчиков, определяющих частоту вращения двигателя или его крутящий момент, и передает сигналы в вычислительный блок, который управляет. регулятором расхода аммиака.

Тогда аммиак в газообразном состоянии иэ кольцевых пилонов 17 центробежными механическими форсунками 18 подают навстречу потоку. Из-эа встречного закрученного движения, а также при дальнейшем проходе через решетку кольцевых пилонов 17, аммиак проходит первую стадию смешения с газами. Образованную смесь далее направляют в вихревое устройство-гомогенизатор 19, таким образом ее делают полностью однородной и подают в денитрирующее устройство 20, состоящее иэ двух рабочих участков 21, 22, выполненных в виде неравнопроходных тройников, В первом из них — в участке 21 аппарат

23 с фонтанирующим слоем частиц 24 катализатора в виде зернистых гранул из фарфорового или керамического материала, покрытых циолитом с низкой кислотной активностью, диаметром 3-5 мм.

При этом в устройстве применяют катализатор, не обладающий токсичностью, легко доступный, — его компоненты выпускаются отечественной промышленностью, Далее газы пропускают через входное устройство 25 аппарата 23, которые поднимают с решетки 26 во взвешенное состояwe слой гранул 24 катализатора, образуя их устойчивый фонтанирующий слой. Гранулы, двигаясь вверх в режиме пневмотранспортв, пронизывают поток газов, а затем, при

1755902

10

45 выходе струи из слоя, выпадают и опускаются в кольцевой зоне у стенки.

В центральной зоне (фонтане) проходит основная струя очищаемой среды, которая транспортирует находящиеся в ней частицы катализатора, При этом концентрация частиц и скорость их движения в фонтанирующем слое резко отличаются в разных рабочих зонах. Так, в фонтане скорость потока составляет около 1 м/с, э у стенок— всего несколько миллиметров в секунду, при этом время контакта катализатора с газами составляет от 0,5 до 1 с, Для обеспечения нормальной работы аппарата и создания фонтанирующего слоя важно выдержать параметры: скорость смеси на входе в денитрирующее устройство 20 перед газораспределительной решеткой 26 составляет 3-5 м/с, скорость меньше указанной не обеспечивает фонтанирующий слой с развитой поверхностью фаз, а выше

6 м/с может привести к уносу частиц катализатора из аппарата.

Окислы азота, содержащиеся в смеси выхлопных газов с аммиаком в присутствии . твердых частиц катализатора, двигаясь в зоне максимального контакта катализатора с сильно турбулизированным гетерогенным потоком, эффективно преобразуются в безвредные — свободный азот и воду. Очищенные выхлопные газы пропускают между рабочими элементами устройства 27 подачи и распределения перекиси водорода, через пылеуловитель 28 скрубберного типа и межтрубное пространство теплообменных поверхностей, выдвигаемого наружу из газохода 2 утилизационного теплообменника 29, выбрасывают в атмосферу. Нагретую в теплообменнике 29 воду подают в систему теплоснабжения, часть в пылеуловитель 28, а также в смеситель 30 для разбавления перекиси водорода до требуемой концентрации, чем снижают температурный градиент реагирующих сред, а также коррозионные явления в газоходе, возникающие при снижении температуры ниже точки росы.

При наличии в потоке очищаемых газов остаточных концентраций оксидов азота и аммиака, превышающих заданный допусти- 5 мый уровень, датчиком 31 подают сигнал на задатчик 4 сравнительного устройства, ко;торый выдает команду на регулятор 32 подачи и распределения перекиси водорода.

Одновременно подают команду на регуля- .5 тор 15 подачи и распределения аммиака.

Однако, если и в этом случае концентрация оксидов азота не снижается, то требуется замена части устаревшего или "отравленного" мышьяком и другими веществами катализатора на свежий или отрегенерированный, для чего от задатчика 4 сравнительного устройства подают команду на регуляторы ЗЗ, 34 приводов 35, 36 на открытие задвижек 37, 38. При этом часть гранул катализатора по отводящему каналу пневмотрубопровода 39 самотеком поступает в сборный бункер 40, а затем в регенератор

41, где гранулы прокаливают до температуры 1150-1450 С, охлаждают и по подводящему пневмотрубопроводу 42 струей воздуха подсасываемой через сопло 43 в виде трубы Вентури из атмосферы компрессором 44, включаемым по команде регулятора 45, направляют в накопитель 46 с отбойным щитком 47 и поворотным дисковым питателем 48. Далее также самотеком по пневмотрубопроводу 49 из накопителя

46 при открытой задвижке 38 подают необходимое количество свежего (отрегенерированного) катализатора в первый рабочий участок 21 денитрирующего устройства 20.

С целью снижения энергозатрат на подачу отрегенерированного катализатора после регенератора в зону реакции приемное устройство пневмопривода выполнено в виде трубы Вентури.

В случае работы газовой турбины 1 на режимах с низкой эмиссией окислов азота от задатчика 4 сравнительного устройства подают команду на регуляторы 6, 9, 50 приводов 7, 10, 51 на закрытие задвижек 8, 52 и открытие задвижки 11. При этом обводной канал 5 отключают и выключают канал 2 газохода, Такая же команда от задатчика 4 сравнительного устройства поступает в случае потребности проведения ремонтномонтажных работ в газоходе.

Устройство очистки отходящих газов от оксидов азота обеспечивает большие удельные поверхности контакта регулирующих масс газа с восстановительной средой в присутствии гранул катализатора и время их пребывания в реакционной зоне, позволяет снизить токсичность дымовых газов на

99,5-100%, уменьшить более чем в 10 раз выход канцерогенов, исключить выброс сажистых частиц, продуктов химического недожога топлива и других веществ, включая

СО2 и Oz, рекуперировать 10-12% теплоты и тем самым получить значительный экономический и социальный эффект.

Устройство очистки дымовых газов, обладая по сравнению с традиционными методами незначительной металлоемкостью, обладает следующими преимуществами: высокой эффективностью очистки отходящих газов, надежностью, повышенным сроком службы, простотой процесса, низкими трудозатратами при ремонтах.

1755902

Экономический эффект от внедрения устройства составляет 30 тыс. руб, в год на одно устройство с объемным расходом дымовых газов 600 тыс. м /ч, Экологический эффект в настоящее вре- 5 мя < ценйть затруднйтельно, однако, нужно отметить. что он очень высок ибо связан с жизнью и деятельностью персонала, а также жителей близрасположенных жилых пунктов. При наличии материала катализатора 10 устройство может выполняться собственными силами производственйых объединейий.

Формула изобретения

1. Устройствб для очистки дымовых газов от оксидов азота, содержащее газоход, 15 в канале которого размещены слой катали затора и ряды распределительных трубок с сопловыми отверстиями, î i л и ч э ю щ е ес я тем, что., c целью йовышения степени очистки и экономичности процесса, в его 20 состзв дополнительно введено устройство злевации и регенерации катализатора, содержащее бункер для гранул катализатора, регенератор; пневмотранспортные трубоп-. роводы с задвижками, сопло в виде трубы 25

Вентури; компрессор, накопитель с отбойным«козырьком и дисковым питателем с ро тором; к каналу газохода с установленным в нем утилизационным теплообменником подсоединен обводной канал, входной участок которого ьмеет сопла с косым срезом в виде подвижного насадка с регулятором и приводом его выдвижения, в обводном канале установлено денитрирующее устройство. состоящее из двул рабочих участков в виде неравнопроходных тройников. в первом по ходу газа рабочем участке установлено устройство подачи и распределения аммиака и аппарат с фонтанирующим слоем частиц катализатора, во втором участке установлено устройство подачи и распределения перекиси водорода и пылеулавливания, с обводным каналом связано устройство злевации и регенерации катализатора, 2.Устройство по и, 1, отл ич а ю щеес я тем, что устройства подачи и распределения аммиака и перекиси водорода выполнены в виде кольцевых пилонов с осями, расположенными по радиусам центров равновеликих пло цадок, острые углы которых направлены н встречу потоку и снабжены соплами с цент ральными форсунками.

3. Устройство по и 1. о т л и ч э ю щ е ес я тем, что обзодной канал подсоединен к газоходу под углом 45-50 к его продольной оси.

1755902

1755902

ВИБ

Составитель Ю.Кармозин

Техред М,Моргентал Корректор П,Гереши

Редактор А. Зробок

Заказ 3039 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбина "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

17

А

Фиг.Я

"11