Способ очистки газов

Изобретение относится к технологии очистки газов от пыли в теплоэнергетике, черной и цветной металлургии.

Известен способ очистки газов от пыли, заключающийся в тангенциальном подводе запыленного газа, очистке газа от пыли за счет действия центробежных сил, отделения пыли от газа в зоне разворота очищенного газа (см. Пылеулавливание в металлургии. Справочник / В.М. Алешина, А.Ю. Вальдберг, Г.М. Гордон и др., М.: Металлургия, 1984, с. 48-52). Недостатком известного способа очистки газов является низкая эффективность процесса пылеулавливания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки газов от пыли, включающий ввод в циклон с верхним осевым выхлопным патрубком очищаемого газа, очистку газа от пыли в цилиндрическом корпусе за счет действия центробежных сил при поступательном движении вращающегося потока сверху вниз с разворотом очищенного потока вверх, сбор потока уловленной пыли, распыление вспомогательной коагулирующей жидкости в форме струй, ориентированных на поток уловленной пыли, с образованием смеси уловленной пыли и вспомогательной коагулирующей жидкости, подачу в верхнюю часть корпуса циклона увлажненных вспомогательной коагулирующей жидкостью порообразующих добавок, в качестве которых используют древесные опилки, брикетирование смеси уловленной пыли, порообразующих добавок и вспомогательной коагулирующей жидкости на вальцовом прессе с получением брикетов (см. Патент №2567310, Россия, МПК8 В04С 5/18, заявлено 30.05.14, опубликовано 10.11.15, Бюл. №31).

Недостатками известного способа очистки газов от пыли являются низкая эффективность очистки газов от пыли и невысокие потребительские характеристики брикетов. Низкая эффективность очистки газов от пыли обусловлена малой удельной поверхностью древесных опилок, т.к. они не обладают трубчатой структурой. Невысокие потребительские характеристики брикетов связаны с тем, что в процессе брикетирования сырой массы, содержащей в качестве порообразующих добавок древесные частицы, формируются преимущественно закрытые (непроницаемые для газов) поры. При формировании рудных, топливных и ряда других брикетов, напротив, требуется создание открытых (проницаемых) пор, которые необходимы для фильтрации через их структуру восстановительных, окислительных (в зависимости от технологии переработки) газов и теплоносителей, способных быстро и эффективно выполнить физико-химические превращения (например, металлизацию руд или окисление топлива) равномерно по всей структуре брикета. При этом необходимо, чтобы порообразующие добавки одновременно участвовали в процессе очистки газов от пыли, повышая его эффективность.

Задача изобретения - повышение степени очистки газов от пыли и улучшение потребительских свойств брикетов.

Поставленная задача достигается в способе очистки газов от пыли, включающем ввод в циклон с верхним осевым выхлопным патрубком очищаемого газа, очистку газа от пыли в цилиндрическом корпусе за счет действия центробежных сил при поступательном движении вращающегося потока сверху вниз с разворотом очищенного потока вверх, сбор потока уловленной пыли, распыление вспомогательной коагулирующей жидкости в форме струй, ориентированных на поток уловленной пыли, с образованием смеси уловленной пыли и вспомогательной коагулирующей жидкости, подачу в верхнюю часть корпуса циклона увлажненных вспомогательной коагулирующей жидкостью порообразующих добавок, брикетирование смеси уловленной пыли, порообразующих добавок и вспомогательной коагулирующей жидкости на вальцовом прессе с получением брикетов, причем в качестве порообразующих добавок для брикетов используют трубчатые частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства с длиной частиц, равной 0,1-1,0 диаметра брикета, и толщиной частиц, равной 0,01-0,2 диаметра брикета, в количестве 1-10 г/м³ очищаемого газа.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения эффективности пылеулавливания и улучшения потребительских свойств брикетов предложено в качестве порообразующих добавок для брикетов использовать трубчатые частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства с длиной частиц, равной 0,1-1,0 диаметра брикета, и толщиной частиц, равной 0,01-0,2 диаметра брикета, в количестве 1-5 г/м³ очищаемого газа. Трубчатые частицы, полученные из растений или отходов сельскохозяйственного производства механической обработкой, обладают развитой (шероховатой) древовидной поверхностью, способной в процессе очистки эффективно улавливать частицы пыли из запыленного потока. Механическая обработка (измельчение, разрезание, обмолот и другие известные методы) высушенных растений и отходов сельскохозяйственного производства проводится барабанным или фрезерным разделением сырья на заданные фрагменты. В отличие, например, от древесных частиц, не имеющих трубчатой структуры, у частиц растительного происхождения трубчатая структура формируется естественным путем в процессе роста. Трубчатые частицы растительного происхождения обладают более высокой удельной поверхностью, которая способна улавливать частицы пыли как наружной, так и внутренней поверхностью, что существенно повышает эффективность пылеулавливания. Поскольку длина частиц многократно превышает их толщину, то при движении они испытывают, по сравнению с частицами другой формы, повышенное аэродинамическое сопротивление и потому более длительное время находятся в корпусе циклона, ускоряя процесс очистки газов от пыли. После насыщения поверхности растительных трубчатых частиц уловленными частицами пыли, внедренными в тонкую поверхностную пленку коагулирующей жидкости, частицы с пылью осаждаются на рабочие поверхности вальцов пресса. После брикетирования смеси уловленной пыли, коагулирующей жидкости и трубчатых частиц, последние выполняют роль порообразующей добавки, формирующей открытые поры в структуре брикета. Достоинством трубчатых частиц растительного происхождения является их высокая жесткость и малый излом. Таким требованиям удовлетворяют высушенные трубчатые стебли травяного покрова (сено, солома, растительные стебли), произрастающего на территории РФ в большом количестве, а также отходы сельхозпроизводства (растительный жмых, обмолоченные стебли зерновых и злаковых структур и др.). При механической обработке растительных материалов образуются жесткие трубчатые частицы, пригодные для порообразующих добавок в брикетах. На завершающей стадии подготовки брикетов к промышленному использованию в процессе термообработки трубчатые частицы растительного происхождения выполняют функцию порообразующего материала и источника тепловой энергии. Дополнительным достоинством трубчатых частиц является их минимальная себестоимость, что дополнительно удешевляет процесс очистки газов и снижает затраты на производство брикетов.

Способ очистки газов от пыли эффективно осуществляется, если в качестве порообразующих добавок для брикетов используют трубчатые частицы растительного происхождения или отходы сельскохозяйственного производства с длиной частиц, равной 0,1-1,0 диаметра брикета, и толщиной частиц, равной 0,01-0,2 диаметра брикета, в количестве 1-10 г/м³ очищаемого газа. Если длина трубчатых частиц будет менее 0,1 диаметра брикета, то коагулирующая способность пленки жидкости на поверхности частиц малой длины будет недостаточной и эффективность пылеулавливания будет близка уровню прототипа, а формирование открытой пористости становится невозможным. Если длина трубчатых частиц будет более 1,0 диаметра брикета, то размер частиц будет превышать геометрические размеры брикета, что является нерациональным. В промышленности выпускают брикеты правильной формы, у которых диаметр, как правило, близок высоте тела. Если толщина трубчатых частиц будет менее 0,01 диаметра брикета, то коагулирующая способность жидкости на поверхности частиц такой толщины будет недостаточной и эффективность пылеулавливания будет близка уровню прототипа, а формирование открытой пористости будет затруднено. Если толщина трубчатых частиц будет более 0,2 диаметра брикета, то в этом случае снижается прочность брикетов из-за большого диаметра открытых пор, что противоречит задаче изобретения. Если количество трубчатых частиц будет менее 1 г/м³ очищаемого газа, то эффективность пылеулавливания будет близка уровню прототипа, а формирование открытой пористости в брикетах будет затруднено. Если количество трубчатых частиц будет более 10 г/м³ очищаемого газа, то из-за повышенной пористости (более 50%) снизится прочность брикетов, что противоречит задаче изобретения.

Таким образом, за счет отличительных от прототипа признаков заявленный способ приобретает новые свойства: многофункциональное назначение трубчатых частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства - эффективного коагулянта в рабочем пространстве циклона и порообразующей добавки в брикетах, существенно увеличивающих долю открытых (проницаемых) пор и реакционную способность брикетов, что улучшает потребительские свойства брикетируемого сырья; выполнение функций дополнительного источника тепловой энергии при термообработке брикетов; повышение коагулирующей способности растительных частиц из-за предварительной механической обработки и благоприятной трубчатой формы отходов сельскохозяйственного производства для пылеулавливания и формирования брикетов. Считаем, что в результате предложенных отличительных признаков у способа очистки газов от пыли формируются новые свойства, удовлетворяющие критериям изобретения: новизне, промышленной применимости и изобретательскому уровню.

Способ очистки газов от пыли реализуется с помощью циклона, представленного на чертеже. Циклон содержит подводящий патрубок 1, цилиндрический корпус 2, выхлопной патрубок 3, пылесборник 4, трубопровод 5 для подачи вспомогательной коагулирующей жидкости, вальцовый пресс 6. Устройство снабжено механическим делителем 7 барабанного типа для получения трубчатых частиц растительного происхождения. Для накопления трубчатых частиц сооружен бункер 8. Для дозированной подачи трубчатых частиц в корпус циклона в нижней части бункера 8 установлены питатели, снабженные направляющими ребрами. Бункер 8 примыкает к корпусу аэратора 9, по оси которого установлено сопло 10 для подачи сжатого воздуха. Для предварительно увлажнения трубчатых частиц, находящихся в бункере 8, вспомогательной коагулирующей жидкостью предусмотрены форсунки 11. В процессе работы устройства в циклоне формируются струи 12 вспомогательной коагулирующей жидкости, смесь уловленной пыли, вспомогательной коагулирующей жидкости и трубчатых частиц 13, брикеты 14. Для регулирования расхода коагулирующей жидкости служит запорная арматура 15. Для производства трубчатых частиц 13 растительного происхождения служат стебли травяного покрова или отходы сельхозпроизводства 16.

Способ очистки газов от пыли осуществляется следующим образом. Поток запыленного газа тангенциально подается через подводящий патрубок 1 в цилиндрический корпус 2 циклона. Спутно потоку запыленного газа в корпус циклона в виде аэросмеси дополнительно подаются трубчатые частицы, предварительно увлажненные вспомогательной коагулирующей жидкостью. Трубчатые частицы получают в механическом делителе 7 барабанного типа, в который загружают стебли травяного покрова или отходы сельхозпроизводства 16. После этого трубчатые частицы поступают в бункер 8, где предварительно увлажняются с помощью форсунок 11, и дозировано подаются питателем в корпус аэратора 9, где аэрируются сжатым воздухом, подаваемым через сопло 10. В процессе очистки газов от пыли запыленный поток и увлажненные трубчатые частицы за счет действия центробежных сил совершают поступательное вращательное движение сверху вниз, в ходе которого за счет инерционной коагуляции происходит улавливание пыли. Увлажненные трубчатые частицы, насыщенные пылью, поступают в зону орошения вспомогательной коагулирующей жидкости, подаваемой через трубопровод 5 в виде струй 12. Образующаяся смесь уловленной пыли, жидкости и трубчатых частиц 13 поступает на вращающиеся рабочие поверхности вальцового пресса 6. Затем смесь 13 транспортируется вальцами в загрузочный узел пресса 6, где брикетируется с получением брикетов 14, которые поступают в пылесборник 4, выполняющий функцию накопителя брикетов, и затем направляются на утилизацию потребителям. При необходимости вальцы пресса очищаются очистителем (на схеме не показано) любой известной конструкции, применяемой в промышленности. Регулирование расхода коагулирующей жидкости, подаваемой в бункер 8 и в нижнюю часть корпуса 2 циклона, осуществляется с помощью запорной арматуры 15. Очищенный поток газа выходит в окружающую среду через выхлопной патрубок 3.

Пример. Отработку способа очистки газов от пыли осуществляли на лабораторном центробежном пылеуловителе диаметром 300 мм, изготовленном согласно приведенной технической схеме. Он был снабжен системой подачи вспомогательной коагулирующей жидкости, механическим делителем барабанного типа, бункером для трубчатых частиц, форсунками для их увлажнения, аэратором, предназначенным для подачи трубчатых частиц в верхнюю часть корпуса циклона, вальцовым прессом, расположенным в нижней части корпуса циклона. Трубчатые частицы получали из высушенных стеблей злаковых культур, подбирая для этого стебли различной толщины. Длину трубчатых частиц меняли, регулируя расстояние между режущими ребрами механического делителя барабанного типа. В качестве вспомогательных коагулирующих жидкостей использовали сульфитдрожжевую бражку (СДБ), 50%-ный раствор жидкого стекла (водный раствор силикатов натрия и калия K₂O⋅Na₂O⋅n SiO₂) и известковое молоко (взвесь гашеной извести Ca(OH)₂ в известковой воде). Подводящий поток газов от вентилятора был запылен шламовыми железосодержащими частицами размером 0-0,2 мм. Аэратор цилиндрической формы имел диаметр 100 мм и длину 200 мм. Сжатый воздух подавали в аэратор под давлением 0,2 МПа через сопло 10 мм. В работе меняли расход трубчатых частиц, который относили к расходу запыленного газа. Эффективность пылеулавливания способа очистки газов от пыли определяли по методу внешней фильтрации. Потребительские свойства брикетов определяли по массовому выходу кондиционных брикетов размером (диаметром D) 15×15 мм, величине их прочности на сжатие и количеству открытых пор. Результаты экспериментов представлены в таблице.

В результате экспериментов установили, что задача изобретения достигается при использовании в качестве порообразующих добавок для брикетов трубчатых частиц растительного происхождения или отходов сельскохозяйственного производства с длиной частиц, равной 0,1-1,0 диаметра брикета, и толщиной частиц, равной 0,01-0,2 диаметра брикета, в количестве 1-10 г/м³ очищаемого газа, что позволяет повысить эффективность очистки газов от пыли на 0,3-4,3% (абс.) и улучшить потребительские свойства брикетов по увеличению их прочности на сжатие на 0,5-4,1% (отн.) и по росту количества открытых пор на 2,0-22,0% (абс.).