RU2049241C1 - Device for purifying exhaust gases - Google Patents

Abstract

FIELD: power mechanical engineering. SUBSTANCE: device has tank filled with neutralizing liquid, main and additional heat exchangers, centrifugal swirler, foam-gas scrubber, active chamber of scrubber, controller of the neutralizing liquid level, separator, accelerating cone with drain pipe, separator of floating fraction, and unit for controlling neutralizing liquid lever regulator, exhaust gases and purified gas flow meter. The control unit has two circuits. The inner circuit controls the temperature and the outer circuit controls the gas flow. EFFECT: enhanced quality of purifying. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, преимущественно для очистки отработавших газов энергетических установок котельных, дизельных, а также может быть использовано в химическом машиностроении для очистки отходящих газов химического производства, вентиляционных установок. The invention relates to power engineering, mainly for the purification of exhaust gases from power plants of boiler plants, diesel, and can also be used in chemical engineering for purification of waste gases from chemical production, ventilation plants.

Известно устройство для очистки отработавших газов, содержащее прямоточно-пенный скруббер, трубопровод подвода и отвода отработавших и очищенных газов, бункер с нейтрализующей жидкостью, трубопроводы подвода и отвода нейтрализующей и отработавшей жидкости, регулятор подачи нейтрализующей жидкости (поплавковый клапан), теплообменник. A device for cleaning exhaust gases containing a straight-through foam scrubber, a pipe for supplying and removing exhaust and purified gases, a hopper with a neutralizing liquid, pipelines for supplying and removing a neutralizing and spent liquid, a regulator for supplying a neutralizing liquid (float valve), a heat exchanger.

Недостатком этого устройства является то, что оно имеет большой расход нейтрализующей жидкости, ограниченный диапазон изменения расхода газа. The disadvantage of this device is that it has a large flow rate of a neutralizing liquid, a limited range of gas flow rates.

Цель изобретения повышение эффективности устройства для очистки отработавших газов в широком диапазоне изменения расхода очищаемых газов при постоянстве гидравлического сопротивления очистки газов, содержащих широкий спектр фракции твердых и газообразных компонентов, например, сажи, пепла, золы, химические газовые компоненты, несгоревшие частицы топлива и др. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the device for treating exhaust gases in a wide range of changes in the flow rate of the gases being cleaned with constant hydraulic resistance of cleaning gases containing a wide range of fractions of solid and gaseous components, for example, soot, ash, ash, chemical gas components, unburned fuel particles, etc.

Сущность изобретения заключается в том, что известное устройство для очистки отработавших газов дополнительно снабжено теплообменником, ускоряющим конусом с дренажной трубной, камерой отделения плавящей фракции, причем между верхней частью ускоряющего конуса и корпуса пенно-газового скруббера установлены сепаратор жидкости, а дренажная трубка ускоряющего конуса проходит через дополнительный теплообменник, размещенный в верхней части активной камеры пенно-газового скруббера, и своим концом погружена в нейтрализующую жидкость, а бак с этой жидкостью и камера отделения плавающей фракции выполнены в виде сообщающихся сосудов, причем в верхней части этой камеры размещен патрубок слива плавающей фракции. The essence of the invention lies in the fact that the known device for purifying exhaust gases is additionally equipped with a heat exchanger, an accelerating cone with a drainage tube, a chamber for separating the melting fraction, and a liquid separator is installed between the upper part of the accelerating cone and the foam-gas scrubber body, and the drainage tube of the accelerating cone passes through an additional heat exchanger located in the upper part of the active chamber of the foam-gas scrubber, and at its end immersed in a neutralizing liquid, and the tank with this liquid and the separation chamber of the floating fraction is made in the form of communicating vessels, and in the upper part of this chamber a discharge pipe of the floating fraction is placed.

Устройство для очистки снабжено блоком управления регулятором уровня нейтрализующей жидкости, датчиками расхода (скорости) отработавших и температуры очищенных газов, расположенных соответственно на входе и выходе пенно-газового скруббера, причем выходы датчиков соединены с входами блока управления, а выход его соединен со входом регулятора уровня нейтрализующей жидкости. The cleaning device is equipped with a control unit for regulating the level of the neutralizing liquid, flow rate (velocity) sensors for the exhaust gas and temperature of the purified gases located respectively at the inlet and outlet of the foam-gas scrubber, and the outputs of the sensors are connected to the inputs of the control unit, and its output is connected to the input of the level controller neutralizing fluid.

В устройстве в качестве нейтрализующей жидкости могут использоваться отработавший раствор моющих средств банно-прачечных хозяйств или другие нейтрализующие средства. The device can be used as a neutralizing liquid spent solution of detergents bathing and laundry facilities or other neutralizing agents.

В предлагаемом устройстве производится дополнительное охлаждение (отбор тепла), регулируется уровень нейтрализующей жидкости, отдельно удаляется плавающая фракция от очищенных газов, используется отработавший раствор моющих средств банно-прачечных хозяйств. In the proposed device, additional cooling (heat removal) is performed, the level of neutralizing liquid is regulated, the floating fraction from purified gases is separately removed, the spent solution of detergents of bath-laundry facilities is used.

На фиг. 1 представлено устройство для очистки отработавших газов; на фиг. 2 структурная схема блока управления регулятором; на фиг. 3 пояснения к диапазону изменения уровня жидкости. In FIG. 1 shows an exhaust gas purification device; in FIG. 2 block diagram of the control unit of the regulator; in FIG. 3 explanations for the range of fluid level changes.

Устройство для очистки отработавших газов (фиг. 1) содержит бак 1 с нейтрализующей жидкостью, теплообменник 2, центробежный завихритель 3, газо-пенный скруббер 4, активную камеру 5 скруббера, регулятор 6 уровня нейтрализующей жидкости, сепаратор 7, дополнительный теплообменник 8, ускоряющий конус 9, дренажную трубку 10, отделитель 11 плавающей фракции, камера 12 отделения плавающей фракции, патрубок 13 слива плавающей фракции, газо-пенная полость 14 скруббера, блок 15 управления регулятором уровня, датчик 16 температуры очищенных газов, входы 17 и 18, выход 19 блока управления регулятором и другие элементы устройства, обеспечивающие его работоспособность и описанные в тексте описания работы устройства. The exhaust gas purification device (Fig. 1) contains a tank 1 with a neutralizing liquid, a heat exchanger 2, a centrifugal swirl 3, a gas-foam scrubber 4, an active chamber 5 of the scrubber, a regulator 6 of the level of neutralizing liquid, a separator 7, an additional heat exchanger 8, an accelerating cone 9, a drainage tube 10, a floating fraction separator 11, a floating fraction separation chamber 12, a floating fraction discharge pipe 13, a scrubber gas cavity 14, a level control unit 15, a purified gas temperature sensor 16, inputs 17 and 18, out d regulator control unit 19 and other elements of the device to ensure its performance and described in the text describing the operation of the device.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии бак 1 заливается нейтрализующей жидкостью через технологическую горловину 20 или патрубок 21 регулятора 6 до исходного уровня жидкости, контролируемого визуально уровнемером (не показано). Патрубок 22 центробежного завихрителя подсоединен к газопроводу от источника отработавших газов (к дизелю, котельной и т. д.) к патрубку 23 подводится вода для отбора тепла от нейтрализующей жидкости с помощью основного теплообменника 2, а патрубок 24 соединен с патрубком 25 дополнительного теплообменника 8. С выхода 26 этого теплообменника вода с отобранной из устройства теплотой отводится для утилизации. При подаче отработавших газов, например, котельной, через патрубок 22 на вход центробежного завихрителя 3, выполненного в виде улитки. Газы ускоряются и сталкиваются со слоем нейтрализующей жидкости бака 1. Газовый поток разбивается на мелкие пузыри, вспенивает жидкость и выбрасывается вверх по активной камере 5, в которой образовавшаяся газопаровая смесь с пеной жидкости продолжает вращательное движение. В этой газопаровой пене происходит основная реакция нейтрализации отработавших газов, например, по реакции
2NaOH + CO₂ Na₂CO₃ + H₂O;
2CaOH + 2CO₂ 2CaCO₃ + H₂

2NaOH + 2NO₂ 2NaNO₃ + H₂

2CaOH + 2SO₂ 2CaSO₃ + H₂

Эти реакции идут интенсивно в силу развитого контакта между газовой и жидкостной фазами в газопаровой (в дальнейшем газопенная смесь), которая по пути движения проходит через дополнительный теплообменник 8, расположенный выше активной камеры 5 и выполненный в виде, например, спирали Архимеда. Горячие газы с температурой 300-600^оС в активной камере 5 охлаждаются до температуры нейтрализующей жидкости t_оог t_ж + (5-10)^оС, с которой газопаровая пена омывает дополнительный теплообменник 8, отдает часть тепла охлаждающей жидкости. Температура нейтрализующей жидкости t_ж в баке 1 определяется в основном температурой воды, подаваемой в теплообменник 2. Охлажденная газопенная смесь в нижней части газопенного скруббера 4 в полости 14 расширяется, пузыри пены лопаются, пары конденсируются на пленках пены, образуя капли жидкости. Такая смесь, двигаясь вверх по спирали, ускоряется вследствие наличия ускоряющего конуса 9 и специальной формы корпуса газопенного скруббера 4. При этом происходит сепарация капель влаги и твердых частиц за счет центробежной силы, капли скатываются вниз, увлекая твердые частицы по стенке газопенного скруббера 4. На выходе очищенная газовая смесь попадает в сепаратор 7, где дополнительно сепарируется от влаги и твердых частиц, которая стекает по внутренней стенке ускоряющего конуса 9 и через дренажную трубку 10 попадает в бак 1. Очищенные отработавшие газы через патрубок 27 выбрасываются в атмосферу.In the initial state, the tank 1 is filled with a neutralizing liquid through the technological neck 20 or pipe 21 of the regulator 6 to the initial liquid level, which is visually controlled by a level gauge (not shown). The nozzle 22 of the centrifugal swirl is connected to the gas pipe from the exhaust gas source (to the diesel engine, boiler room, etc.), water is supplied to the nozzle 23 to take heat from the neutralizing liquid using the main heat exchanger 2, and the nozzle 24 is connected to the nozzle 25 of the additional heat exchanger 8. From the outlet 26 of this heat exchanger, water with heat taken from the device is removed for disposal. When supplying exhaust gases, for example, a boiler room, through the pipe 22 to the inlet of the centrifugal swirler 3, made in the form of a snail. Gases accelerate and collide with a layer of neutralizing liquid of the tank 1. The gas stream breaks into small bubbles, foams the liquid and is thrown up along the active chamber 5, in which the resulting gas-vapor mixture with the liquid foam continues to rotate. In this gas-vapor foam, the main exhaust gas neutralization reaction takes place, for example, by the reaction
2NaOH + CO ₂ Na ₂ CO ₃ + H ₂ O;
2CaOH + 2CO ₂ 2CaCO ₃ + H ₂

2NaOH + 2NO ₂ 2NaNO ₃ + H ₂

2CaOH + 2SO ₂ 2CaSO ₃ + H ₂

These reactions proceed intensively due to the developed contact between the gas and liquid phases in the gas-vapor (hereinafter gas-foam mixture), which along the path of movement passes through an additional heat exchanger 8 located above the active chamber 5 and made in the form, for example, of an Archimedes spiral. Hot gases having a temperature of 300-600 ^{° C} in the active chamber 5 is cooled to a temperature of neutralizing liquid _EGC t _w + t (5-10) ^on C, wherein the gas-vapor foam washes additional heat exchanger 8, a portion of the coolant heat. Neutralizing liquid temperature t _w in the tank 1 is determined mainly by the temperature of the water supplied to the heat exchanger 2. The cooled mixture was gazopennaya gazopennogo at the bottom of the scrubber 4 in the cavity 14 is expanded, the foam bubbles burst, vapor condenses on the foam films to form liquid droplets. Such a mixture, moving upward in a spiral, is accelerated due to the presence of an accelerating cone 9 and a special shape of the gas-foam scrubber body 4. In this case, the droplets of moisture and solid particles are separated by centrifugal force, the droplets roll down, dragging solid particles along the wall of the gas-foam scrubber 4. On the outlet, the purified gas mixture enters the separator 7, where it is additionally separated from moisture and solid particles, which flows down the inner wall of the accelerating cone 9 and enters the tank 1 through the drainage tube 10. Botan gases through the pipe 27 vented to the atmosphere.

Газопенная смесь, расширяясь на выходе активной камеры 5, переливаясь через ее край, сливается в камеру 12 отделителя 11 плавающей фракции. В этой камере твердая фаза очищаемых газов разделяется на тяжелую тонущую и плавающую фракции. Тяжелая фракция медленно вместе с жидкостью опускается вниз. Жидкость проходит через теплообменник 2 и поступает в нижнюю часть активной камеры 5 скруббера, вновь вовлекается в процесс очистки газов. Тяжелая фракция оседает в нижней части бака 1, образуя грязежидкостную пульпу, которая сливается через патрубок 28. Плавающая фракция скапливается на поверхности 29 нейтрализующей жидкости и самотеком через патрубок 13 сливается в герметическую емкость. На входах или выходах патрубков 13, 20-28 может быть установлена по необходимости запорная арматура, обеспечивающая нормальное функционирование устройства. The gas-foam mixture, expanding at the outlet of the active chamber 5, overflowing over its edge, merges into the chamber 12 of the separator 11 of the floating fraction. In this chamber, the solid phase of the purified gases is divided into heavy sinking and floating fractions. The heavy fraction slowly drops down with the liquid. The liquid passes through the heat exchanger 2 and enters the lower part of the active chamber 5 of the scrubber, is again involved in the gas purification process. The heavy fraction settles in the lower part of the tank 1, forming a mud-liquid pulp, which discharges through the nozzle 28. The floating fraction accumulates on the surface 29 of the neutralizing liquid and flows by gravity through the nozzle 13 into a sealed container. At the inputs or outputs of the nozzles 13, 20-28, shutoff valves can be installed, if necessary, ensuring the normal functioning of the device.

Регулирование уровня 29 нейтрализующей жидкости производится с помощью регулятора 6, который поддерживает заданный уровень 29 в автоматическом режиме работы. В простейшем случае может быть регулятором прямого действия, например, типа поплавкового. Для создания благоприятных условий работы регулятора 6 смонтирована трубка 30, которая уравнивает давление в камере регулятора 6 и газопенной полости 14 скруббера 4. Жидкость в регулятор 6 подается через патрубок 21. Regulation of the level 29 of the neutralizing liquid is carried out using the regulator 6, which maintains a predetermined level 29 in automatic mode. In the simplest case, it can be a direct-acting regulator, for example, of a float type. To create favorable conditions for the operation of the regulator 6, a tube 30 is mounted, which equalizes the pressure in the chamber of the regulator 6 and the gas-foam cavity 14 of the scrubber 4. The liquid is supplied to the regulator 6 through the nozzle 21.

Устройство может быть снабжено автоматической системой управления, состоящего из блока 15 и датчиков 16 температуры очищенных газов и расхода (скорости) отработавших газов. Последний датчик может быть установлен в газопроводе, подключаемом к фланцу 22 завихрителя 3. The device can be equipped with an automatic control system consisting of a block 15 and sensors 16 of the temperature of the purified gases and the flow rate (speed) of the exhaust gas. The last sensor can be installed in the gas pipeline connected to the flange 22 of the swirler 3.

Структурная схема блока 15 управления (фиг. 2) представляет двухконтурную схему регулирования уровня 29 жидкости. На вход первого внутреннего контура подаются сигнал управления по входу 31 от второго внешнего контура блока 15 управления, а на вход 17 сигнал от датчика 16 температуры очищенных газов. Сигнал рассогласования на выходе 32 сумматора 33 подается в первый контур 34 управления, который реализует ПИ-закон. Выход 19 блока 15 соединен с исполнительным механизмом 35, который воздействует на исполнительный орган 36. Эти два устройства с соответствующими элементами, обеспечивающими их работоспособность и не указанными на чертеже, составляют блок 6 регулирования уровня жидкости, подаваемой через вход 21. На вход 37 сумматора 38 второго контура подается сигнал уставки уровня 29 жидкости в баке 1, а на вход 18 сигнал от датчика расхода (скорости) отработавших газов. Сигнал рассогласования с выхода сумматора 38 подается на вход второго контура 39 управления, который также реализует ПИ-закон. При изменении расхода очищаемых отработавших газов, например, при изменении количества работающих котлоагрегатов, для сохранения условий образования газопенной смеси, необходимо изменить уровень 29 жидкости (фиг. 3). Так, при уменьшении расхода до величины Q₁ < Q₂, соответственно и скорости этого газового потока, для уменьшения динамического и статического сопротивления газовому потоку столб жидкости уменьшается до величины δ₁< δ₂. При этом второй контур 39 блока 15 управления выдает сигнал на закрытие ИО 36. За счет естественного влагоуноса уровень жидкости 29, например, уменьшился до величины h₂-Δh, который может быть установлен также при переходе на другой режим работы энергоустановки (увеличение числа работающих котлоагрегатов).The block diagram of the control unit 15 (Fig. 2) is a dual-circuit control circuit level 29 fluid. To the input of the first internal circuit, a control signal is supplied via input 31 from the second external circuit of the control unit 15, and to the input 17, a signal from the sensor 16 for the temperature of the purified gases. The mismatch signal at the output 32 of the adder 33 is supplied to the first control circuit 34, which implements the PI law. The output 19 of the block 15 is connected to the actuator 35, which acts on the actuator 36. These two devices with the corresponding elements that ensure their operability and are not shown in the drawing, make up the unit 6 for regulating the liquid level supplied through the input 21. At the input 37 of the adder 38 of the second circuit, a signal is supplied for setting the level 29 of the liquid in the tank 1, and to the input 18, a signal from the exhaust gas flow (speed) sensor. The error signal from the output of the adder 38 is fed to the input of the second control circuit 39, which also implements the PI law. When changing the flow rate of purified exhaust gases, for example, when changing the number of operating boiler units, in order to maintain the conditions for the formation of a gas-foam mixture, it is necessary to change the level 29 of the liquid (Fig. 3). So, when the flow rate decreases to Q ₁ <Q ₂ , respectively, and the velocity of this gas stream, to reduce the dynamic and static resistance to the gas stream, the liquid column decreases to the value δ ₁ <δ ₂ . In this case, the second circuit 39 of the control unit 15 gives a signal to close the IO 36. Due to natural moisture loss, the liquid level 29, for example, decreased to a value of h ₂ -Δh, which can also be set when changing to another mode of operation of the power plant (increase in the number of operating boiler units )

Изменение режима работы устройства по температуре очищенных газов приводит к тому, что на каждом статическом режиме уровня 29 жидкости, возможно его изменение на величину Δh, определяемую законом управления (ПИ-законом) внутреннего контура 34 и выражением
h_it h_i± Δh
Для дизеля, например, такое изменение будет обусловлено изменением нагрузки на дизель или изменением частоты вращения коленчатого вала, чему соответствует изменение уровня Δδ жидкости.Changing the operating mode of the device according to the temperature of the purified gases leads to the fact that at each static mode of the liquid level 29, it is possible to change by the value Δh, determined by the control law (PI law) of the internal circuit 34 and the expression
h _it h _{i ±} Δh
For a diesel engine, for example, such a change will be due to a change in the load on the diesel engine or a change in the speed of the crankshaft, which corresponds to a change in the level Δδ of the fluid.

Блок 15 управления может быть реализован на базе субблоков комплекса КМ 2201 или аналогичных серийно выпускаемых изделий. В качестве датчиков могут быть использованы термосопротивления типа ТСМ или термопары типа ТХА, а датчиков расхода (скорости) мерные шайбы или другие аналогичные типовые датчики с вторичными преобразователями, например, типа "сапфир-22". The control unit 15 can be implemented on the basis of subunits of the KM 2201 complex or similar commercially available products. As sensors, thermistors of the TCM type or thermocouples of the TXA type can be used, and flow (speed) sensors, measuring washers or other similar typical sensors with secondary converters, for example, sapphire-22 type.

В качестве исполнительных механизмов могут быть использованы серийно выпускаемые механизмы типа МЭОБ или МЭО. As actuators can be used commercially available mechanisms such as MEOB or MEO.

Введение дополнительных элементов в устройство и внесение изменений в компоновку в совокупности улучшают режим работы устройства при изменениях температурного режима и режима расхода отработавших газов, уменьшают выброс в атмосферу окислов, сажи, золы и других несгоревших частиц топлива, отделить плавающую фракцию, ухудшающую режим очистки отработавших газов. The introduction of additional elements into the device and making changes to the layout together improve the operating mode of the device with changes in the temperature regime and the regime of exhaust gas consumption, reduce the emission of oxides, soot, ash and other unburned fuel particles into the atmosphere, separate the floating fraction that degrades the exhaust gas treatment .

Использование отработавшего раствора моющих средств банно-прачечных хозяйств позволяет также утилизировать эти отходы производства, уменьшить расход чистой воды для работы устройства. The use of the spent solution of detergents in bath and laundry facilities also allows the disposal of these production wastes, and the reduction of clean water consumption for the operation of the device.

Введение блока автоматического управления улучшает режим работы устройства, улучшает условия эксплуатации энергоустановки. The introduction of an automatic control unit improves the operating mode of the device, improves the operating conditions of the power plant.

Охлаждение нейтрализующей жидкости позволяет уменьшить расход нейтрализующей жидкости, утилизировать теплоту, обычно выбрасываемую в атмосферу. The cooling of the neutralizing liquid allows to reduce the consumption of the neutralizing liquid, and to utilize the heat usually released into the atmosphere.

Очистка отработавших газов энергоустановки позволяет уменьшить длину (высоту) труб для выброса газов в атмосферу. Purification of exhaust gas from a power plant allows reducing the length (height) of pipes for the emission of gases into the atmosphere.

Все это позволяет достичь поставленную цель повысить эффективность установки. All this allows you to achieve your goal to increase the efficiency of the installation.

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ, содержащее бак с впускным и сливным патрубками, заполненный нейтрализующей жидкостью и размещенный в ней теплообменник, центробежный завихритель, установленный в активной камере пенно-газового скруббера, ругулятор уровня нейтрализующей жидкости, соединенный с баком, и сепаратор, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным теплообменником, ускоряющим конусом, основание которого обращено в сторону выпускного патрубка, с дренажной трубкой, камерой отделения и патрубком слива, причем сепаратор размещен между основанием ускоряющего конуса и выпускным патрубком, дренажная трубка пропущена через дополнительный теплообменник, расположенный в верхней части активной камеры, и одним концом размещена в нейтрализующей жидкости, а другим обращена к ускоряющему конусу, бак и камера отделения выполнена в виде сообщающихся сосудов, а патрубок слива установлен в верхней части камеры отделения. 1. DEVICE FOR CLEANING EXHAUST GASES, containing a tank with inlet and drain nozzles, filled with a neutralizing liquid and placed in it a heat exchanger, a centrifugal swirl installed in the active chamber of the foam-gas scrubber, a leveling regulator of the neutralizing liquid connected to the tank, and a separator, the fact that it is equipped with an additional heat exchanger, an accelerating cone, the base of which is facing the exhaust pipe, with a drainage tube, a separation chamber and a discharge pipe, and sep an arator is placed between the base of the accelerating cone and the outlet pipe, the drain pipe is passed through an additional heat exchanger located in the upper part of the active chamber, and one end is placed in the neutralizing liquid, and the other is facing the accelerating cone, the tank and the separation chamber are made in the form of communicating vessels, and a drain pipe is installed in the upper part of the compartment chamber. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено блоком управления, регулятором уровня нейтрализующей жидкости, датчиком расхода отработавших газов, датчиком температуры отработавших газов, установленными соответственно во впускном и выпускном патрубках, причем выходы датчиков соединены с входами блока управления, выход которого подключен к регулятору уровня нейтрализующей жидкости. 2. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a control unit, a neutralizing liquid level regulator, an exhaust gas flow sensor, an exhaust gas temperature sensor installed respectively in the inlet and outlet pipes, the sensor outputs being connected to the inputs of the control unit, the output of which is connected to the regulator of the level of neutralizing liquid. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в качестве нейтрализующей жидкости используют отработавший раствор моющих средств банно-прачечных хозяйств. 3. The device according to PP.1 and 2, characterized in that as a neutralizing liquid use the spent solution of detergents bathing and laundry facilities.

Images