Способ очистки выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ и устройство для его осуществления
Изобретение относится к способу и устройству очистки выбросов предприятий в атмосферу от загрязняющих веществ. Способ включает впрыскивание водных растворов химических реагентов, коагулянтов или катализаторов в очищаемую смесь, последующую конденсацию паров смеси на водоохлаждаемой решетке из труб сердечника теплообменника, обработку и удаление загрязненных конденсатов и шламов через систему дренажей. На решетке из труб сердечника, через поверхность конденсатной пленки, наводится пульсирующее электрическое или электромагнитное поле низкого потенциала. Устройство содержит теплообменник, корпус которого выполнен из нержавеющей стали и гуммирован изнутри кислото-химически стойкой резиной. Внутри корпуса размещен водоохлаждаемый сердечник, установленный на «плавающем» фланцевом соединении под водораспределительной камерой устройства. Сердечник представляет собой решетку из труб с коридорным их расположением и развернут относительно направленного движения очищаемой среды на угол 10-20°. Нижняя часть корпуса выполнена в виде емкостного конусообразного охладителя конденсата с гидрозатвором. В стенку охладителя конденсата вмонтирован электродный блок в гильзе с диэлектрической втулкой и поджимными сальниками. Устройство оборудовано системой электроснабжения и наведения пульсирующего электрического или электромагнитного поля, системой предварительного увлажнения и впрыска водных растворов химических реагентов, коагулянтов или катализаторов через сопло в конфузорно-подводящий раструб, системой дренажей, лючками и патрубками. Изобретение позволяет расширить диапазон использования, повысить тепловую и экологическую эффективность, 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки выбросов от технологических циклов по производству мясокостной муки, мусоросжигательных печей, неприятно пахнущих производств мясокомбинатов, птицефабрик, доочистки дымовых газов котлоагрегатов и других источников выбросов предприятий.
Известны кожухотрубные сепарационные теплообменники-конденсаторы, содержащие вертикальный корпус, трубные решетки и прочие улавливающие и охлаждающие элементы, например (a.св. SU №1044315 В 01 D 47/05,1983 г.). Недостатком данных изобретений является низкая экологическая эффективность.
Известны также устройства для мокрой очистки парогазовой смеси (а.св. RU №1757712, B 01 D 47/05, 1992 г.), содержащие теплообменники, конденсаторы и системы водооборотных циклов. Данные устройства в целом очень громозки и малоэффективны.
Известны электрофильтры, например (а.св. SU №1110487, В 03 С 3/00, 1984 г.) и другие аналогичные им устройства (а.св. SU №389821, В 01 D 49/00,1973 г.), принцип работы которых основан на наложении электростатического или акустического полей на пылегазовые потоки. Данные способы широко применяются в Большой Энергетике и Химии, но поскольку они материало- и энергоемки, то не нашли применения в перерабатывающих отраслях промышленности.
Известны способы электрохимического отделения кислых газов (а.св. RU №2092232, В 01 D 53/32 D, 1997 г.) и способы очистки газов через зоны ионизации (а.св. RU №2112589, B 01 В 53/32, 1998 г.), основанные на прохождении очищаемых сред через зоны коронарных разрядов или постоянного электрического поля. Процессы очистки ведут в реакторе или нескольких последовательно включенных установках. Данные способы(при их очень высокой экологической эффективности) дорогостоящие и малоприменимые в большинстве отраслей промышленности.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является конструкция "Трубчатого электрофильтра" (а.св. SU №973003, В 03 С 3/00,1982 г., иностранное предприятие ″Пшедсимборство Проектованя... и т.д."). Данное устройство состоит из вертикального корпуса, посаженного на горизонтальное днище, содержит осадительные электроды, выполненные в виде труб, узел осадительных электродов выполнен в виде теплообменника из винтовых труб. Недостатком данного устройства является низкая тепловая эффективность и сложность конструкции.
Техническим результатом настоящего изобретения является расширение диапазона использования, повышение тепловой и экологической эффективности.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе очистки выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ, включающем предварительное увлажнение и химическую обработку очищаемой смеси путем впрыскивания водных растворов химических реагентов, коагулянтов или катализаторов, последующую конденсацию перенасыщенных паров этой смеси на водоохлаждаемой решетке из труб сердечника теплообменника, обработку и удаление загрязненных конденсатов и шламов через систему дренажей, при этом внутри теплообменника на решетке из труб сердечника через поверхность конденсатной пленки, образующейся при работе, наводится пульсирующее электрическое или электромагнитное поле, воздействующее на проходящие ионизированные частицы загрязняющих веществ и их радикалы, способствующее процессам коагуляции и оседания этих частиц в загрязненных шламовых конденсатах.
Для достижения технического результата в устройстве для очистки выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ, включающем корпус теплообменника, этот корпус выполнен из нержавеющей стали и гуммирован изнутри кислото-химически стойкой резиной с размещенным внутри этого корпуса водоохлаждаемым трубным сердечником, установленным на "плавающем" фланцевом соединении под водораспределительной камерой устройства, при этом сердечник представляет собой решетку из труб с коридорным расположением и развернут относительно направленного движения очищаемой среды на установочный угол α, равный 10-20°, нижняя часть корпуса выполнена в виде конусообразного охладителя конденсата, снабженного гидрозатвором для поддержания постоянного уровня в устройстве и создания разряжения при работе, а в стенку этого охладителя конденсата вмонтирован электродный блок в гильзе с диэлектрической втулкой и поджимными сальниками, устройство дополнительно оборудовано системой электроснабжения и наведения пульсирующего электрического или электромагнитного поля внутри корпуса и на поверхности труб сердечника, системой предварительного увлажнения и впрыска водных растворов химических реагентов, коагулянтов или катализаторов через сопло в конфузорно-подводящий раструб, системой дренажей с непрерывным удалением полученных загрязненных конденсатов и периодическим шламоудалением осадка, лючками и патрубками для профилактических промывок и осмотров и подачи в устройство свежего, чистого, "отсекающего" или греющего пара.
Для достижения технического результата в устройстве для очистки выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ трубы сердечника изготовлены из полиэтилена или иных диэлектрических материалов, рассчитанных на давление 1,5-5,0 атм, а система электроснабжения устройства собрана и скомпонована для работы с постоянным электрическим током.
Для достижения технического результата устройство выполнено с возможностью установки на транспортном средстве или платформе.
Для достижения технического результата корпус устройства может быть выполнен из полиэтилена или иных диэлектрических материалов с дополнительным охлаждением стенок корпуса.
На фиг.1 представлена принципиально-функциональная схема работы.
На фиг.2 дан продольный разрез устройства, монтажная м технологическая схема работы.
На фиг.3 представлен поперечный разрез устройства и дана аэродинамика движения очищаемых потоков - в плане.
Предлагаемый способ очистки выбросов в атмосферу основан на процессах осаживания в жидкостях и прилипания к конденсатной пленке укрупненных, взвешенных, аэрозольных или пылевидных частиц. Процесс осуществляют в одном устройстве, при технологической схеме работы, практически не требующей вспомогательного оборудования. Для укрупнения и разделения частиц во внутреннем пространстве корпуса 1 устройства (см. фиг.1) наводится магнитное или электрическое поле от системы наведения этого поля 2. В целях интенсификации процессов в подаваемые на очистку парогазовые потоки впрыскиваются водные растворы химических реагентов, коагулянтов или катализаторов от системы впрыска и увлажнения смеси 3. Поэтому предлагаемый способ очистки может быть характеризован и назван как магнитно-химический и применяться практически для любых паропылегазовых сред при условии: соответствия габаритов устройства требуемой производительности и расчетным параметрам.
Корпус 1 устройства представляет собой вертикальную электросварную обечайку, изготовленную из нержавеющих сталей и гуммированную изнутри химически стойкой резиной. Внутрь корпуса (фиг.2) сверху, на фланцевом соединении, вставлен 2-ходовой сердечник 4 из V-образных труб, изготовленных по шаблонам. Диаметры этих труб выбираются в зависимости от гидравлических режимов работы устройства и технологий изготовления сердечника 4 (от 14 до 38 мм). В качестве материалов труб могут быть нержавеющие стали, полиэтилен, фторопласт, металлопласт и др., не подверженные значительным отложениям накипи материалы на рабочее давление 1,5-5,0 ати, которое необходимо для надежного охлаждения и режима циркуляции воды по сердечнику 4. Закрепляются трубы в трубной доске 5 с помощью арогонодуговой сварки, вальцовки, отбортовки и иными способами.
Корпус 1 может быть изготовлен целиком из полиэтилена или иных диэлектрических материалов, с горячей отбортовкой на стальных фланцах 6. Этот корпус 1 также может быть изготовлен из любых листовых сталей с последующей облицовкой и футеровкой изнутри керамической или другой плиткой при условии его дополнительного охлаждения. Такая система охлаждения 7 корпуса по аналогии со скрубберной технологией очистки может быть выполнена в виде дополнительной кольцевой трубки с отверстиями для орошения стен корпуса I изнутри водой. Сверху корпус 1 с сердечником 4 закрывается водораспределительной камерой 8, которая на прокладках 9 устанавливается на проточки "плавающего" фланцевого соединения 6. Камера 8 имеет вертикальную разделительную перегородку 10, создающую преграду и поворот движению воды в трубном сердечнике 4. Подача охлаждающей воды производится через входной патрубок 11, выход нагретой воды через патрубок 12. Данная вода может быть использована в производственных или бытовых целях.
Трубный сердечник 4 с коридорным расположением труб относительно движения очищаемых потоков может быть развернут в корпусе 1 на "плавающем" фланцевом соединении 6 на некоторый установочный угол α=10-20°, задаваемый эмпирически в зависимости от фракционности и химического состава подаваемых потоков. Подача очищаемых исходных выбросов в устройство производится через конфузорно-распыливающий раструб 13, приваренный к корпусу 1 и также гуммированный изнутри резиной. Выход очищенных от загрязняющих веществ выбросов в атмосферу производится через патрубок 14 с фланцами, в которых дополнительно могут устанавливаться сетчатые, металлические или иные фильтрующие элементы.
Система впрыска и предварительного увлажнения очищаемой смеси 3 состоит из емкости для периодического приготовления химических реагентов, регулировочных вентилей, трубопроводов и сопла подачи водных растворов в конфузор раструба 13. В качестве коагулянтов или катализаторов применяются 1-5% растворы аммиака, соды, железного купороса, йодистого калия и др. химических реагентов. Режим подачи, например капельно-струйный, реагентов выбирается в зависимости от скорости подаваемых, исходных парогазовых потоков.
Система электроснабжения и наведения электромагнитного поля 2 работает через понижающий трансформатор, преобразователи и выпрямители переменного тока, требующуюся пускозащитную аппаратуру. Положительный кабельный вывод (см. фиг.3) крепится к электродному блоку 14, смонтированному в гильзе 15 из нержавеющей стали, которая вварена электросваркой в нижнюю часть конусообразного корпуса охладителя конденсата 16. Электродный блок включает в себя на выходе из гильзы 15 прутковый, прошлифованный электрод 17 в месте установки поджимного сальника с диэлектрической втулкой 18. Отрицательный кабельный вывод (нулевой) 19 крепится с помощью винтов к трубной доске 5 с надежной изоляцией от фланцевого соединения 6.
Нижняя часть емкостного охладителя конденсата 16 оборудуется шиберной задвижкой 20, которая предназначена для периодического шламоудаления жидких отстоев из устройства.
Уровень загрязненного конденсата в устройстве поддерживается с помощью гидрозатвора 21 и регулирующей, запорной арматуры. Для подачи греющего или "отсекающего" потоки газов пара служит патрубок 22, а для периодических промывок всего устройства от грязи и периодических осмотров - лючки 23.
Смонтировано все устройство вместе со шкафами управления и электрооборудованием может быть на металлической раме 24. Корпус 1 с приваренными к нему несущими косынками 25 висит на раме 24 свободно с возможностью любых тепловых расширений. При присоединении к выхлопной трубе 26 данное устройство может работать как самостоятельный источник очищенных выбросов в атмосферу. При правильном подборе габаритов по ориентировочным расчетам и хорошем режиме охлаждения трубного сердечника 4 к данному устройству не требуется дополнительных отсасывающих эксгаустеров, т.к. во внутренней полости корпуса 1 всегда будет разряжение. Для удаления воздуха из камеры 8 служит "воздушник" 27.
Устройство работает следующим образом.
Через патрубок 11 заполняется технической водой пространство водораспределительной камеры 8 и трубный сердечник 4. Удаляется из системы циркуляции воздух через "воздушник" 27 и задается режим циркуляции воды в трубах сердечника. Корпус 1 и межтрубное пространство сердечника через лючок 23 промываются от остатков шлама водой и заполняются до уровня гидрозатвора 21. Подача очищаемых потоков производится одновременно с вводом химических реагентов через систему ввода 3. Сердечник в корпусе 1 предварительно уже развернут на угол α=10°, что приводит к смещению коридорных проходов между трубами сердечника 4 и поэтому практически на пути всех потоков паропылегазовой смеси встречаются водоохлаждаемые трубы, что приводит к образованию на каждой из труб конденсатной пленки.
Поскольку скорость движения исходной очищаемой смесите с химическими распыленными в ней реагентами резко снижается, то в результате дросселирования потока и завихрений в межтрубном пространстве сердечника 4 происходит интенсивное перемешивание паров и газов с образованием аэрозолей и укрупненных частиц. Происходит коагуляция и оседание вниз наиболее укрупненных частиц в виде тумана. Более легкие частицы, завихряясь в межтрубных каналах, будут частично прилипать к конденсатной пленке, которая образуется на каждой из трубок после конденсации на них перенасыщенного пара исходной смеси. Вероятность "проскока" через трубную решетку сердечника имеют только очень легкие частицы, например ионы СО-, NOx и т.д.
При подаче силового напряжения через систему 2 на электродный блок и наконечник электрода 17 по конденсатной ванне охладителя конденсата 16 пойдет электрический ток низкого потенциала (36-60 В). Каждая трубка сердечника 4 также смочена электролитом, поскольку конденсат имеет практически всегда слабокислотную реакцию (рН 4,5-6,5) в результате растворения в нем кислотных остатков типа SO2 - и некоторых вводимых коагулянтов. Вокруг каждой трубки как проводника с электрическим током наводится слабое электромагнитное поле. Поскольку режим стекания конденсатной пленки по трубкам вниз всегда будет струйно-изменяющийся, то местная проводимость электрического тока также будет нестабильной и переменной по длине трубки как проводника. Этот эффект приводит к местным пульсациям электрического тока, а значит, и электромагнитного поля вокруг каждой трубки. Кроме этого, дополнительные колебания силового напряжения, создаваемые через систему электроснабжения и наведения поля 2, например, с помощью частотных регуляторов напряжения и т.д., приводят к значительным резонансным пульсациям магнитных полей, именно в межтрубном пространстве сердечника 4.
Данное пульсирующее электромагнитное поле способствует активному перемешиванию, коагуляции, захвату и удержанию в конденсатной пленке любых частиц, имеющих электрические заряды и способность к ионизации. Более того, по правилам электродинамики в таком пульсирующем, хоть и слабом поле постоянного тока все отрицательно заряженные частицы и аэрозоли, например, состоящие из радикалов и ионов типа СО-, SO2 -, РО3 -, будут отклоняться вниз и попросту оседать в конденсатной ванне, поддерживая в ней кислотность и проводимость. Органическая пыль, сажа, минеральные примеси и металлы будут прилипать к конденсатной пленке и также стекать с ней вниз под действием собственной силы тяжести. Конденсат с верхнего уровня охладителя конденсата 16 отводится непрерывно, а оседающий в нижней части шлам сливается периодически через задвижку 20.
При очень низкой температуре очищаемых выбросов и потоках "сухих" газов, с большим содержанием пыли, для активизации процессов очистки через патрубок 22 подается "отсекающий" или греющий чистый водяной пар с большой влажностью (50-80%). Например, насыщенный пар с котлов низкого давления 0,2-0,6 ати. Потоки данного пара будут пересекать очищаемые выбросы, дополнительно их увлажнять и перемешивать, что в свою очередь приведет к интенсивной конденсации получаемой перенасыщенной парообразной смеси на трубках сердечника с образованием струйного режима стекания конденсатной пленки. Это позволит хорошо удерживать прилипающую пыль на ее поверхности и прочие коагулированные частицы.
1. Способ очистки выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ, отличающийся тем, что включает предварительное увлажнение и химическую обработку очищенной смеси путем впрыскивания водных растворов химических реагентов, коагулянтов или катализаторов, последующую конденсацию перенасыщенных паров этой смеси на водоохлаждаемой решетке из труб сердечника теплообменника, обработку и удаление загрязненных конденсатов и шламов через систему дренажей, при этом внутри теплообменника на решетке из труб сердечника через поверхность конденсатной пленки, образующейся при работе, наводится пульсирующее электрическое или электромагнитное поле низкого потенциала, воздействующее на проходящие ионизированные частицы загрязняющих веществ и их радикалы, способствующее процессам коагуляции и оседания этих частиц в загрязненных шламовых конденсатах.
2. Устройство для очистки выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ, включающее корпус теплообменника, отличающееся тем, что корпус теплообменника выполнен из нержавеющей стали и гуммированный изнутри кислото-химически стойкой резиной с размещенным внутри этого корпуса водоохлаждаемым сердечником, установленном на «плавающем» фланцевом соединении под водораспределительной камерой устройства, при этом сердечник представляет собой решетку из труб с коридорным их расположением и развернут относительно направленного движения очищаемой среды на установочный угол α, равный 10-20°, нижняя часть корпуса выполнена в виде емкостного конусообразного охладителя конденсата, снабженного гидрозатвором для поддержания постоянного уровня в устройстве и создания разрежения при работе, а в стенку этого охладителя конденсата вмонтирован электродный блок в гильзе с диэлектрической втулкой и поджимными сальниками, устройство дополнительно оборудовано системой электроснабжения и наведения пульсирующего электрического или электромагнитного поля внутри корпуса и на поверхности труб сердечника, системой предварительного увлажнения и впрыска водных растворов химических реагентов, коагулянтов или катализаторов через сопло в конфузорно-подводящий раструб, системой дренажей с непрерывным удалением полученных загрязненных конденсатов и периодическим шламоудалением осадка, лючками и патрубками для профилактических промывок и осмотров и подачи в устройство свежего, чистого, «отсекающего» или греющего пара.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что трубы сердечника изготовлены из полиэтилена или иных диэлектрических материалов, рассчитанных на рабочее давление 1,5-5,0 атм, а система электроснабжения устройства собрана и скомпонована для работы с постоянным электрическим током.
4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью установки на транспортном средстве или платформе.
5. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен из полиэтилена или иных диэлектрических материалов с дополнительным охлаждением стенок корпуса.
