Оборудование для охлаждения и очистки печных газов

В сульфитно-целлюлозном производстве широкое применение нашли различного рода промывные аппараты. Это промывалки системы Доренфельда, Лурги и др.

Промывалка системы Доренфельда, применяемая для охлаждения и очистки газа после механических полочных печей, состоит из наружного металлического корпуса диаметром 1,2–1,5 м и высотой 3,5?4,0 м и внутреннего свинцового цилиндра диаметром 0,8?1,0 м и высотой 3,0?3,5 м. Между цилиндрами циркулирует холодная вода, подаваемая в систему снизу и отбираемая сверху. Газ подается по чугунному газоходу сверху во внутренний цилиндр, в верхней части которого имеются спрыски для подачи промывной воды (давлением 30?40 м вод. ст.) Промывка газа, т. е. очистка его от примесей, происходит тем лучше, чем больше воды поступает в промывалку при условии ее хорошего разбрызгивания. Но при этом возрастают и потери сернистого газа. Для снижения их при промывке газа необходимо применять оборотную воду, очищенную от огарковой пыли.

В промывалках Доренфельда газ охлаждается с 450–500 до 150–120°. Сопротивление таких промывалок 10–15 мм вод. ст. Производительность промывалки 8–12 т колчедана в сутки. Эффект очистки от пыли 50–60 %, от SO₃ 30–40 %.

В промывалках системы Лурги устранен прямоток (недостаток промывалок Доренфельда), когда газ и промывная вода движутся в одном направлении. При прямотоке эффект очистки газа значительно меньше, чем при противотоке.

Промывалка Лурги представляет железобетонную башню, облицованную внутри кислотоупорными шамотными плитками. Газ подводится сверху в центральную трубу, не доходящую до дна промывалки, затем газ изменяет направление и движется вверх навстречу промывной воде, подаваемой к спрыскам под давлением 1,5–2,5 атм. Расход воды 2,5–4,2 м³/ч.

В настоящее время для охлаждения и промывки печного газа применяются скрубберы I и II ступени.

Скруббер I ступени (полый) служит для охлаждения газа 1200 до 350 °C. Корпус скруббера стальной, футерованный кислотоупорным кирпичом (рис. 13). В нижней его части, где возможно скопление промывной воды, на высоту 0,4–0,7 м под футеровку укладывается свинцовая прокладка для защиты корпуса от возможного воздействия серной кислоты. Штуцера также защищены под слоем кислотоупорного кирпича свинцовым вкладышем.

Газ входит в нижнюю часть скруббера и выходит через штуцер, расположенный в верхней крышке или в боковой стенке.

В средней средней части скруббера имеются два ряда спрысков для охлаждения газа. Некоторые конструкции скрубберов имеют в нижней части сужение сечения скруббера, создаваемого футеровкой. Нижний ряд спрысков располагается над этим сужением, благодаря чему обеспечивается более интенсивное перемешивание по-тока газа с водой. Для орошения используется горячая оборотная вода с температурой 60–70°. Количество подаваемой воды, а следовательно, и температуру газа следует регулировать отключением отдельных форсунок. Работу каждой форсунки следует проверять не реже одного раза в сутки.

Расчетный расход воды при охлаждении газов, полученных в серной печи, с 1200 до 350° составляет 0,1 м³/ч на 1 т сжигаемой серы в сутки.

Рис 13. Скруббер I ступени:

1 — корпус; 2 — футеровка; 3 — штуцер для газа; 4 — распылитель; 5 — трубопровод воды; 6 — окно смотровое; 7 — промывной штуцер.

Техническая характеристика полого скруббера I ступени

Производительность по сжигаемой сере в сутки, т ……………… 30

Начальная температура газа, °С ……………… 1300

Конечная температура газа, °С ……………… 300

Диаметр корпуса, мм ……………… 2500

Высота корпуса, мм ……………… 10 200

Диаметр входного патрубка дли газа (в свету), мм ……………… 1300

Диаметр выходного патрубка для газа (в свету), мм мм ……………… 1000

Спрыски мм ……………… 2 ряда по 3 шт.

Скруббер с насадкой II ступени. Посадочный скруббер служит для охлаждения газа после полого скруббера с 350 до 35°.

Скруббер (рис. 14) представляет стальной цилиндр, футерованный внутри кислотоупорным кирпичом на диабазовой замазке. Между корпусом и кирпичом прокладывается слой полиизобутилена.

Рис 14. Скруббер II ступени:

1 — корпус; 2 — футеровка; 3 — штуцер для газа; 4 — брызгало; 5 — площадка; 6 — насадка из колец Рашига; 7 — колосниковая решетка; 8 — люк; 9 — промывной штуцер.

В нижней части скруббера находится сборник оборотной воды. Штуцера входа и выхода газа защищены, кроме полиизобутилена, свинцовыми вкладышами Для укладки керамической насадки (кольца Рашига) в скруббере имеется колосниковая решетка, выполненная из андезитового камня.

В некоторых конструкциях скрубберов насадка укладывается в два яруса, каждая на свою колосниковую решетку. Это дает возможность в случае забивания нижнего ряда насадки сублимированной серой заменить часть насадки, не разгружая весь скруббер.

В скруббере используется принцип противотока: газ входит в нижнюю часть скруббера под колосниковую решетку, а выходит в верхней части корпуса. Орошающая вода подается на насадку сверху. Для работы скруббера большое значение имеет степень орошения насадки, причем существует много различных устройств для орошения насадок. Плотность орошения скруббера с насадкой обычно находится в пределах 18–25 м³ воды на 1 м² сечения скруббера в час.

Скруббер имеет несколько люков, расположенных на различной высоте корпуса и служащих для укладки и замены насадки.

По орошающей воде для уменьшения потерь SO₂ скруббер должен быть замкнут на себя, т. е. оборотная вода из нижней части скруббера с температурой 60–70° направляется в тепло-обменник и, охладившись в нем до температуры 20–30°, подастся на орошение в верхнюю часть. Характеристика оборотной воды приведена в табл. 9.

Характеристика оборотной воды

Таблица 9.

Кроме охлаждения газа, в скруббере с насадкой происходит улавливание пыли. На степень улавливания пыли влияют скорость газа в скруббере, интенсивность орошения, вид насадки, режим охлаждения, размер частиц пыли, запыленность газа.

Техническая характеристика насадочных скрубберов II ступени

Производительность по сжигаемой сере, т …………… 30

Начальная температура газа, °С …………… 300

Конечная температура газа, °С …………… 35–40

Диаметр корпуса, мм …………… 3000

Толщина футеровки, мм …………… 250

Диаметр входного патрубка для газа в свету, мм …………… 1010

Диаметр выходного патрубка для газа (в свету), мм ……………700

Число рядов колосников …………… 2

Насадка:

I решетка — керамические кольца

120 x 120 мм …………… 2 ряда

100 x 100 мм …………… 15 рядов

II решетка — керамические кольца

120 x 120 мм …………… 2 ряда

100 x 100 мм …………… 2 ряда

80 x 80 мм …………… 2 ряда

50 x 50 мм …………… 138 рядов

Общая высота насадки, мм …………… 9240

Расход воды на охлаждение, м³/ч …………… 90

Нагрев воды, °С …………… 30–60

Пенные аппараты. Широкое применение в промышленности находят пенные аппараты. Они бывают двух типов: с перекрестным током газа и жидкости при перетекании жидкости по переливным устройствам; с противотоком газа и жидкости при перетекании (провале) жидкости через отверстия решеток. Пенные аппараты малогабаритны, просты в изготовлении и эксплуатации, обеспечивают высокую степень очистки при малом расходе и большом диапазоне изменения нагрузки.

В пенных аппаратах идет одновременный процесс охлаждения и очистки газа от огарковой пыли, селена и его соединений, от SO₃.

Пенные аппараты могут работать при скорости газа в полном сечении аппарата 0,5–3,5 м/сек. Оптимальная скорость газа зависит от интенсивности работы, полноты протекания процесса очистки и охлаждения (к. п. д.), гидравлического сопротивления, брызгоуноса и т. д. Работа пенного аппарата определяется в основном высотой слоя пены и степенью ее турбулентности.

Основным конструктивным элементом пенного аппарата является решетка, которая вместе с находящейся на ней жидкостью (пеной) называется полкой аппарата. Число полок в аппарате зависит от его назначения.

Для охлаждения температуры печных газов с 900 до 350° используется аппарат с одной полкой. Коэффициент полезного действия одной полки пенного аппарата в некоторых случаях достигает 99 %.

Пенный аппарат (рис. 15) представляет собой резервуар прямоугольного, реже круглого сечения, разделенный горизонтальными решетками. В нижней части аппарата имеется сборник оборотной воды.

Рис. 15. Пенный аппарат:

1 — корпус; 2 — порог; 3 — сливная коробка; 4 — решетка; 5 — гидравлический затвор; 6 — приемная коробка.

Решеткой в пенных аппаратах служит перфорированный лист из кислотостойкого материала с круглыми или прямоугольными (щелевидными) отверстиями. Решетка может состоять из отдельных колосников (в случае большого сечения аппарата).

Вода подается на верхнюю решетку через приемную коробку, которая обеспечивает равномерное поступление жидкости по всей ширине решетки. Вода движется по решетке в виде пены, затем переливается через порог, попадает в сливную коробку, где происходит разрушение пены. Затем через гидравлический затвор и перелив жидкость стекает на следующую решетку, где снова вспенивается и т. д, Газ подается под нижнюю решетку. Проходя через все решетки, он вспенивает находящуюся на них жидкость, взаимодействуя с ней, охлаждается и очищается от загрязнений. Очищенный газ выходит через верхний штуцер.

Кроме аппаратов, работающих с удалением пены через сливное устройство с порогом (т. е. при перекрестном токе газа в жидкости на решетке), имеются аппараты, в которых вся жидкость протекает сквозь отверстия решетки. Конструктивно эти аппараты отличаются отсутствием порога и сливной коробки. В зависимости от температуры поступающих газов корпус аппарата изготовляется в жароупорном или обычном исполнении.

На Светогорском ЦБК установлен двухполочный пенный аппарат. Диаметр аппарата 1600 мм, расстояние между решетками 600 мм. Отверстия в верхней решетке диаметром 3 мм с шагом 5 мм. Диаметр отверстий на второй решетке 4 мм, шаг 6 мм. Сопротивление каждой решетки 50 мм вод. ст., площадь перфорированной части 77 % от общей площади поперечного сечения аппарата. Для орошения используется оборотная вода.

На Калининградском ЦБК № 2 работает установка для охлаждения горячего печного газа, состоящая из трех аппаратов; двух барботажных газопромывателей провального типа (горячего и холодного) и одного десорбера.

Первый газопромыватель полый футерованный цилиндр с одной перфорированной тарелкой. Газ с температурой 500–700° охлаждается до 50–60°.

Охлаждающая вода подается через форсунки в верхней части промывателя. Площадь тарелки 1 м², она выполнена из стали марки Х18Н9Т толщиной 6 мм. Диаметр отверстий 6 мм, шаг 12 мм. Сопротивление промывателя 20–25 мм вод. ст.

Второй промыватель имеет две тарелки площадью 0,95 м². Расстояние между тарелками 400 мм Тарелки выполнены из винипласта толщиной 8 мм, диаметр отверстий 6 мм, шаг 12 мм. Корпус аппарата защищен внутри обкладкой из свинца.

На орошение подается вода с температурой 20°. Газ охлаждается до 30–35°. Вытекающая вода имеет 30–38° и содержит 0.4–0.5 % SO₂. Оборотная вода от второго промывателя подается на орошение в горячий промыватель.

Сопротивление холодного газопромывателя 130–140 мм вод. ст. Степень улавливания сернокислого тумана достигает 90 %.

Для сокращения потерь SO₂ оборотня вода после горячего промывателя подается на десорбер, аналогичный по конструкции холодному промывателю, но с большим числом тарелок. Внутренний диаметр аппарата 0,67 м. Степень отдувки SO₂ 80–90 % при расходе воздуха 50–60 м³ на 1 м³ воды.

Степень очистки газа на пенных аппаратах примерно соответствует очистке его на сухих и мокрых электрофильтрах, т. е. 95–99 %.

Воздушно-газовые теплообменники. В настоящее время для охлаждения печных газов после колчеданных печей кипящего слоя с успехом применяются воздушно-газовые теплообменники.

Воздушно-газовый теплообменник представляет собой трубчатый холодильник. В верхней части его находится приемная камера, в которую сбоку подается печной газ. Приемная камера стальная, футерованная жароупорным бетоном. Для удобства чистки камера имеет съемную крышку. Приемная камера при помощи фланцев соединена со средней трубной частью холодильника (рис. 16). Трубки холодильника выполнены из кислотоупорной стали и завальцованы в трубную решетку, которая сверху защищена слоем жароупорного бетона. Нижняя трубная решетка соединена с двухлинзовым компенсатором. В межтрубное пространство подастся охлаждающий воздух.

Рис. 16. Установка воздушно-газовых теплообменников:

1 — компенсатор; 2 — бункер; 3 — газоход; 4 — верхняя секция; 5 — нижняя секция; 6 — приемная коробка; 7 — трубчатка.

Газ, пройдя трубную часть, поступает в нижнюю камеру. Нижняя камера стальная, футерованная жароупорным бетоном, имеет конус для сбора огарка. Газ выводится из камеры вверх под углом около 50°. Благодаря этому часть огарка за счет инерционных сил остается в конусной части камеры и через затвор-мигалку поступает в тракт удаления огарка. В нижней камере сбоку имеется лаз для чистки.

Для предотвращения забивания трубного пространства скорость газа должна поддерживаться в пределах 20–23 м/сек. Температура отходящего газа регулируется путем изменения количества воздуха, подаваемого на охлаждение. Такие теплообменники хорошо зарекомендовали себя в кислотном цехе Воскресенского химического комбината.

Характеристика воздушно-газовых теплообменников для печи КС-100

I ступень

Количество охлаждаемого газа, нм³/ч …………… 9700–10000

Количество охлаждающего воздуха, нм³/ч …………… 8000

Температура поступающего газа, °С …………… 850–900

Температура выходящего газа, °С …………… 700

Принцип работы теплообменника (воздух-газ) …………… Прямоток

Температура поступающего воздуха, °С …………… 30

Температура отходящего воздуха, °С …………… 350

Поверхность теплообмена, с учетом коэффициента запаса 1,5 при забивании части трубок, м² …………… 72

Скорость газа в пространстве, м/сек …………… 22

Диаметр трубок, мм …………… 89 x 4,5

Рабочая длина трубок, мм …………… 3100

II ступень

Количество охлаждаемого газа, нм³/ч …………… 9700–1000

Количество охлаждающего воздуха, нм³/ч …………… 11 000

Температура поступающего газа, °С …………… 700

Температура выходящего газа, °С …………… 490

Принцип работы теплообменника (воздух-газ) …………… Противоток

Температура поступающего воздуха, °С …………… 30

Температура отходящего воздуха, °С …………… 350

Поверхность теплообмена, с учетом коэффициента запаса 1,5 при забивании части трубок, м² …………… 124

Скорость газа в пространстве, м/сек …………… 20

Диаметр трубок, мм …………… 89 x 4,5

Рабочая длина трубок, мм …………… 6200

Для удобства обслуживания воздушно-газовые теплообменники устанавливаются в две ступени.

Трубки воздушно-тазовых теплообменников должны периодически (раз в квартал) осматриваться и в случае необходимости прочищаться. Снижение температуры выходящего воздуха при постоянном его расходе и температуре печного газа свидетельствует о забивании трубок огарком.

На газоходах входа и выхода газа и между теплообменниками устанавливаются термометры сопротивления и газозаборные устройства.

Циклоны — центробежные пылеуловители. Отделение пыли от газа в циклоне основано на использовании центробежной силы. Это объясняется тем, что частица, приведенная во вращение по окружности радиуса R, приобретает центробежную силу. Скорость осаждения частиц шарообразной формы под действием этой силы выражается формулой

? = (d²/?²) / 18?gR м/сек,

где:

R — радиус вращения, м;

? — вязкость среды, кг/секм²:

? — окружная скорость потока, м/сек;

g — ускоренно силы тяжести, м/сек².

Газ подводится к циклону по касательной, пройдя входной патрубок, он завихряется и, огибая выхлопную трубу, направляется вниз по цилиндрической части корпуса. По мере движения газового потока вниз к конусной части взвешенная пыль отбрасывается к стенке корпуса и движется к пылевыпускному отверстию, а затем в бункер для пыли.

Очищенный таз движется по восходящей спирали в центральной части циклона и по выхлопной трубе выводится из циклона. К нижней части бункера для пыли примыкает пылевой затвор. Скорость газа во входном патрубке циклона должна быть 12–22 м сек. С помощью циклонов можно улавливать частицы размером 10–200 мк. Диаметр циклона зависит от характера пыли и величины газового потока. Для более полного удаления частичек пыли с минимальными размерами применяются батарейные мультициклоны. Диаметр корпуса циклонов 100–1000 мм, а батарейных мультициклонов 40–250 мм.

В табл 10. приведены приближенные значения коэффициента очистки газов от пыли для циклонов НИИОГАЗ и батарейных мультициклонов.

Коэффициенты очистки газов от пыли

Таблица 10.

Циклоны, предназначенные для очистки газов с температурой более 400, футеруют жароупорными материалами (бетон, керамика и др.). При температуре газа до 400° их изготавливают из обычной стали.

Батарейные мультициклоны компонуются в едином корпусе.

Приведение газового потока во вращательное движение обеспечивается при помощи различного рода завихряющих устройств, которые делятся на два основных вида: винт и розетка.

Винт имеет две лопасти, расположенные между корпусом циклона и отводящей трубой, угол наклона 25°.

Розетка расположена в верхней части корпуса циклона и снабжена восемью лопатками с углом наклона 25–30°.

Электрофильтры. Действие электрофильтров основано на использовании явления ионизации газов с помощью электрических разрядов.

Установка электрофильтров состоит из собственно электрофильтра — осадительной камеры, через которую проходит печной газ, подлежащий очистке, и из высоковольтной аппаратуры, устанавливаемой в преобразовательной подстанции и предназначенной для питания электрофильтра током высокого напряжения. Преобразовательная подстанция состоит из регулятора напряжения, высоковольтного трансформатора, преобразующего переменный ток напряжением 220–380 В в ток напряжением до 100 000 В, и выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный.

Очистка газа в сухих электрофильтрах. Печные газы, охлажденные до 400–500°, проходят через осадительную часть электрофильтра, где. монтированы электроды двух типов: осадительные и коронирующие. Между пластинами осадительных электродов, соединенных с положительным полюсом выпрямителя, размена мы проволочные коронирующие электроды, изолированные от земли и соединенные с отрицательным полюсом выпрямителя. При подаче напряжения на электроды в пространстве между ними возникает электрическое поле, величину которого можно регулировать путем изменения подаваемого напряжения. При увеличении напряжении до определенной величины в пространстве между электродами образуется разряд. Основная масса взвешенных части и осаждается на осадительных электродах. Пылевидные частицы удаляются с электродов встряхиванием, которое производится при помощи кулачков, насаженных на вращающийся вал. Уловленная пыль собирается в нижней конусной части электрофильтра, откуда периодически удаляется.

Корпус электрофильтра кирпичный или металлический с тепловой изоляцией.

Электрофильтры в зависимости от направления движения газа бывают вертикальные типа ХК-30 и ХК-45 и горизонтальные типа ОГ-3–120, ОГ-4–8 (рис. 17) и ОГ-4–16.

Рис. 17. Электрофильтр ОГ-4–8:

1 — коронирующий электрод; 2 — осадительные электроды; 3 — газораспределительная решетка; 4 — встряхивание газораспределительных решеток; 5 — молотковый встряхиватель электродов; 6 — изоляторная коробка; 7 — встряхиватель электродов.

По числу осадительных полей, расположенных последовательно по ходу газа, электрофильтры могут быть трех и четырехпольные (ОГ-4–8 — четырехпольный электрофильтр).

Многопольные электрофильтры имеют более высокий коэффициент очистки газа от огарковой пыли. Нормальный коэффициент очистки газа от огарковой пыли в электрофильтрах ОГ-4–8 и ОГ-4–16 96–99 %.

Для очистки газа от селена и SO₃ устанавливаются мокрые электрофильтры. По принципу действия они аналогичны сухим электрофильтрам. В качестве осадительных электродов в мокрых электрофильтрах используются трубчатые или шестигранные коронирующие электроды из свинца. Корпус электрофильтров (рис. 18) выполняется из свинцового листа, укрепленного на корпусе из профильного железа.

Рис. 17. Электрофильтр ОГ-4–8:

1 — изоляторная коробка; 2 — отвод газа; 3 — система подвески коронирующих электродов; 4 — осадительный электрод; 5 — корпус; 6 — газораспределительная решетка; 7 — отвод конденсата; 8 — подача газа.

Печной газ при охлаждении до температуры 35–40° в скрубберах насыщен водяными парами. При этих условиях серная кислота находится в виде мельчайших капель тумана. Иногда газ дополнительно пропускают через специальную увлажнительную колонку или другие устройства.

При работе электрофильтра пары серной кислоты конденсируются на осадительных электродах и стекают вниз вместе с осевшими частичками селена. Селенсодержащий конденсат направляется на установку по сбору селенового шлама. Раз в 10 суток мокрые электрофильтры промываются горячей водой и паром.

Удаление колчеданного огарка. Колчеданный огарок от печей обжига и от аппаратов сухой очистки газов (пыльная камера, циклоны, электрофильтры и др.) по течкам и через специальные затворы попадает в тракт удаления огарка. Обычно это всевозможные транспортеры.

Например, на Камском комбинате огарок от полочных печей поступает на ленточный транспортер, затем в приемную камеру элеватора и в бункер, установленный вне здания. Из бункера огарок вывозят в отвал на автомашинах.

Для удаления огарка от полочных печей применяется также шнековая труба, которая представляет собой цилиндрический барабан с внутренним винтовым устройством. Труба бандажами опирается на ролики и приводится во вращение при помощи зубчатой передачи.

Огарок из печи по патрубку поступает в загрузочную коробку, откуда черпаками забирается в шнековую трубу. В нижней части загрузочной коробки имеется водяная рубашка для предварительного охлаждения огарков.

Дальнейшее охлаждение производится с помощью спрысков, установленных над шнековой трубой. Из шнековой трубы огарок поступает в ковшевой элеватор, затем подается в бункер, откуда ссыпается на железнодорожную платформу и отвозится в отвал.

Более совершенным способом удаления огарка является транспортер типа Рэдлер, представляющий собой обычный скребковый транспортер в герметическом корпусе. Дно корпуса охлаждается водой. Огарок поступает в транспортер через двойные пылевые затворы или мигалки, затем наклонным скребковым транспортером или элеватором его подают в бункер и далее в отвал.

На Калининградском ЦБК № 1 для удаления огарка от печи КС применена система шнеков.

Все эти транспортные устройства выполнены с учетом максимальной герметизации, однако в местах пересыпания огарка с одного транспортера на другой наблюдается значительное пыление.

Наиболее прогрессивным способом удаления огарков при обжиге колчедана является гидроудаление. При этом огарок от всех точек выделения через специальное устройство попадает в трубопровод, в которым подается оборотная вода. Смытый огарок поступает в приемную камеру с конусным дном, которая разделена на две секции для удобства обслуживания и чистки. Из приемных камер огарок насосами подается по чугунным трубопроводам в железобетонные отстойники прямоугольной формы. В отстойниках имеются две секции, работающие поочередно: в одной происходит отстаивание огарка, в другой — удаление его при помощи грейферных кранов на гусеничном ходу. Отстоявшаяся вода возвращается в кислотный цех на гидроудаление огарка. Расход воды 30 м³ на 1 т транспортируемого огарка. Для высаживания вредных примесей — селена, мышьяка и др., а также для нейтрализации SO₃ в оборотную воду добавляется известковое молоко.