CZ300466B6

CZ300466B6 - Homogenization process of gas-liquid mixture when purifying industrial waste gases and homogenization apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ300466B6
Application number: CZ20060824A
Authority: CZ
Inventors: Bébar@Ladislav; Stehlík@Petr
Original assignee: Vysoké ucení technické v Brne
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2009-05-27
Also published as: CZ2006824A3

Abstract

The present invention relates to a homogenization process of gas-liquid mixture when purifying industrial waste gases, wherein a homogenization device is supplied with two-phase gas and liquid mixture, which divides into at least two streams and after it passes branches and before it outflows from the outlet throat it combines again, where another liquid, preferably before outlet of the outlet branch, is supplied to the two-phase mixture to each of the streams. The homogenization device for performing this method consists of an inlet branch (17) in the inlet part, at least two branches (18, 18') of which one end orifices to the inlet branch (17), where these two branches (18, 18') are again connected in the outlet area in the location of the outlet branch (19), and side inflows orifices (20, 20') to both branches (18, 18'), which are provided with nozzles (21, 21').

Description

Způsob homogenizace plyno-kapalinové směsi při čištění průmyslových odpadních plynů a homogenizační zařízení k jeho prováděníProcess for homogenization of a gas-liquid mixture in the treatment of industrial waste gases and homogenization equipment for its implementation

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu homogenizace směsi plynu a kapaliny při čištění průmyslových odpadních plynů, zvláště fyzikálně-chemického čištění spalin vznikajících při spalování komunálního odpadu a zařízení k jeho provádění.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for homogenizing a gas-liquid mixture in the treatment of industrial waste gases, and in particular to physico-chemical treatment of the flue gases resulting from the incineration of municipal waste and to apparatus for carrying it out.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Čištění plynů vznikajících průmyslovou činností, v našem případě čištění spalin vznikajících při spalování odpadů, vyžaduje aplikaci mechanických a íyzikálně-chemických pochodů, kterými se dosahuje odstranění nežádoucích látek přítomných v surovém plynu. V závislosti na účelu a stupni znečištění a požadovaném účinku čištění plynů mohou být pro odloučení nebo záchyt nežádoucích složek voleny způsoby využívající mechanické, fyzikální nebo chemické principy, eventuálně jejich kombinace.The purification of gases generated by industrial activities, in our case the purification of waste gases produced by the incineration of waste, requires the application of mechanical and physicochemical processes to achieve the removal of undesirable substances present in the raw gas. Depending on the purpose and degree of contamination and the desired effect of gas purification, methods employing mechanical, physical or chemical principles, or combinations thereof, may be chosen to separate or capture undesirable components.

Na obr. 1 je schéma zjednodušeného technologického uspořádání spalovny odpadu s vyznačením bloku mechanického, chemického a adsorpčního čištění spalin podle stavu techniky. Jde především o tu vyznačenou část, která je v detailu na obr. 2. Odloučení úletů tuhých látek ve formě jemného popílku se provádí mechanickým způsobem, obvykle působením elektrostatického pole s vysokým napětím (elektrofíltr) nebo filtrací plynů průchodem látkovými filtry.Fig. 1 is a schematic diagram of a simplified technological arrangement of a waste incineration plant showing a block of mechanical, chemical and adsorption cleaning of flue gases according to prior art. The separation of particulate matter in the form of fine ash is carried out mechanically, usually by the action of an electrostatic field with a high voltage (electrofilter) or by filtration of gases by passing through fabric filters.

K odstraňování nežádoucích složek vzniklých spalováním látek obsahujících síru a halogeny (zejména SO₂, HCl a HF) a k záchytu oxidů těžkých kovů je nutno použít fyzikálně-chemické metody. Často se využívá absorpční čištění kontaktem plynů s absorpčním roztokem různé alka30 lity. Podmínkou pro dosažení vysokého efektu odstranění nežádoucích složek je vytvoření intenzivního kontaktu plynů s absorpčním činidlem. Takový účinek lze např. dosáhnout dvoustupňovým čištěním v soustavě aparátů. Tyto jsou znázorněny právě na obr. 2.Physico-chemical methods must be used to remove undesirable components resulting from the combustion of sulfur- and halogen-containing substances (in particular SO ₂ , HCl and HF) and to capture heavy metal oxides. Absorption scrubbing is often used by contacting gases with an absorption solution of various alkali. The condition for achieving a high effect of removing unwanted components is the intensive contact of the gases with the absorbent. Such an effect can be achieved, for example, by a two-stage cleaning in a set of apparatuses. These are shown in Fig. 2.

Pro účinné směšování plynu a kapaliny, kterého je nutno dosáhnout už v prvním stupni je použí35 ván aparát typu VENTURI. Proud surového plynu může být nejprve částečně ochlazen ve výměníku chladnějším tokem vystupujícího vyčištěného plynu a je do proudu surového plynu vstřikována absorpční kapalina jednou nebo několika tryskami. Aparát VENTURI je konstruován ve tvaru dýzy, v níž po nástřiku vypíracího roztoku dochází ke zúžení průtočného profilu a dosažení rychlostí proudění řádově 50 až 100 m/s. K nej intenzivnějšímu kontaktu mezi čištěným plynem a vypíracím roztokem dochází v místech maximálního zúžení, kde je dosaženo vysoké turbulence a tím i vytvořen vysoce dispergované dvoufázové soustavy kapaliny v plynu.A VENTURI-type apparatus is used to efficiently mix the gas and the liquid to be achieved in the first stage. The raw gas stream may first be partially cooled in the exchanger by a cooler flow of discharged purified gas and an absorption liquid is injected into the raw gas stream through one or more nozzles. The VENTURI apparatus is designed in the form of a nozzle, in which the flow profile is narrowed and the flow velocities of the order of 50 to 100 m / s are achieved after spraying the scrubbing solution. The most intense contact between the gas to be scrubbed and the scrubbing solution occurs at the point of maximum constriction where high turbulence is achieved, thereby creating a highly dispersed two-phase liquid-gas system.

Rozdílné chemické vlastnosti odstraňovaných nežádoucích složek ze spalin vznikajících spalováním odpadů vyžadují kontakt s absorpčními roztoky různé alkality. Z toho důvodu se čištění těch45 to plynů provádí ve více stupních. Druhý, eventuálně třetí stupeň čištění je obvykle řešen jako absorpční výplňová kolona.The different chemical properties of the unwanted constituents removed from the waste gas resulting from the combustion of waste require contact with absorption solutions of different alkalinity. For this reason, the purification of these gases is carried out in several stages. The second or possibly the third purification step is usually designed as an absorption packed column.

Nevýhodou při provozní aplikaci absorberů typu VENTURI je citlivost jejich funkce na primární kvalitní rozptýlení kapaliny do plynu. Kapalina je přiváděna před místem maximálního zúžení.A disadvantage in the operational application of VENTURI absorbers is the sensitivity of their function to the primary quality dispersion of the liquid into the gas. The liquid is fed in front of the maximum constriction point.

Při nehomogenním rozdělení kapaliny, k čemuž může dojít například i při malé odchylce rozdělovače kapaliny od vodorovné polohy, bude průřezem dýzy proudit plyno-kapalinová směs s proměnlivým množstvím kapaliny v různých místech průřezu. Ta místa v průřezu dýzy, kudy bude proudit nižší množství kapaliny umožní vyšší rychlost proudění plynu a část průřezu dýzy tudíž není využita pro žádaný účel směšování kapaliny s proudícím plynem. Finálním důsledkem může být snížení účinnosti absorpčního čištění, neboť část plynu může projít aparátem VENTURI, anižIn the case of a non-homogeneous distribution of the liquid, which may occur, for example, with a slight deviation of the liquid distributor from the horizontal position, the gas-liquid mixture will flow through the nozzle cross-section with varying amounts of liquid at different locations. Those points in the cross-section of the nozzle through which a lower amount of liquid will flow will allow a higher gas flow rate, and therefore a portion of the cross-section of the nozzle is not used for the desired purpose of mixing the liquid with the flowing gas. The final consequence may be to reduce the efficiency of absorption cleaning, as part of the gas can pass through the VENTURI apparatus without

-1 CZ 300466 B6 by se dostala do intenzivního kontaktu s kapalinou. Aby se těmto problémům zabránilo používá se vyšší množství nastřikované kapaliny do plynu, což je však doprovázeno zvýšenou tlakovou ztrátou v aparátu.Would be in intensive contact with the liquid. To avoid these problems, a higher amount of liquid injected into the gas is used, but this is accompanied by an increased pressure drop in the apparatus.

Všechny aparáty zajišťující kontakt mezi plynem a kapalinou vykazují určité hydraulické odpory, které se v konečném důsledku projevují na spotřebě energie ventilátorem, který zajišťuje dopravu spalin ze spalovacího prostoru technologickou linkou pro využití tepla spalin ajejich čištění až do komína. Z praxe je známo, že ventilátor pro dopravu spalin představuje největší spotřebič elektrické energie na spalovně. Nejnižší hydraulické odpory z kategorie zařízení pro zajišťování io kontaktu mezi plynem a kapalinou vykazují sprchové kolony, kde se rozprašuje kapalina do proudu spalin bez vnitřní vestavby. Náplňové kolony i absorbéry typu VENTURI vykazují tlakové ztráty vyšší.All gas-liquid contact devices exhibit certain hydraulic resistances, which ultimately translate into energy consumption by a ventilator that transports the flue gas from the combustion chamber through a process line for utilizing the flue gas heat and cleaning it to the chimney. It is known from practice that the flue gas ventilator is the largest electrical power appliance in an incinerator. The lowest hydraulic resistances in the category of gas and liquid contact and contact devices are shown in shower columns where the liquid is sprayed into the flue gas flow without internal installation. Packed columns and VENTURI absorbers exhibit higher pressure losses.

Ačkoliv je absorbér typu VENTURI konstruován jako dýza, způsobuje tlakovou ztrátu obvykle na úrovni 2 až 4 kPa v závislosti na konstrukčním provedení a pracovních podmínkách.Although the VENTURI-type absorber is designed as a nozzle, it usually causes a pressure drop of 2 to 4 kPa depending on the design and operating conditions.

Z AO 181650 je známo řešení, kdy je absorbér typu VENTURI nahrazen potrubní tvarovkou pro homogenizaci vícefázové směsi protékající potrubím, kdy je tvarovka opatřena vstupním hrdlem a výstupním hrdlem, které jsou vzájemně propojena dvojicí bočních větví pro paralelní průtok směsi, přičemž tyto větve jsou do výstupního hrdla zaústěny v jedné rovině, která je kolmá ke směru proudění směsi v potrubí. Tím se vytvoří mezifázová plocha, ovšem ukázalo se že promíchání není u vstupního hrdla dostatečné a jednotlivé fáze vytvářejí určité shluky či kapsy.AO 181650 discloses a solution wherein a VENTURI absorber is replaced by a pipe fitting for homogenizing a multiphase mixture flowing through the pipe, the fitting having an inlet and an outlet connection which are interconnected by a pair of side branches for parallel flow of the mixture. orifices in one plane that is perpendicular to the direction of flow of the mixture in the pipe. This creates an interfacial surface, but it has been shown that mixing is not sufficient at the inlet throat and the individual phases form certain clusters or pockets.

Cílem vynálezu je představit zařízení na principu potrubní tvarovky, které by však zajistilo inten25 zivnější promíchání fází, hlavně na vstupu.It is an object of the present invention to provide a pipe fitting system which, however, would provide more intense phase mixing, especially at the inlet.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry zařízení způsob homogenizace plyno—kapalinové směsi při čištění plynů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že do dvoufázové směsi se do každého z proudů přivádí další kapalina. To umožní zvýšení mísícího efektu před výstupem z homogenizačního zařízení a lepší rozptýlení nečistot ve směsi.The above-mentioned drawbacks are largely eliminated by the process of homogenizing the gas-liquid mixture in the gas purification process according to the invention, which consists in introducing into the two-phase mixture an additional liquid into each of the streams. This allows the mixing effect to be increased before exiting the homogenizer and to better disperse the impurities in the mixture.

Ve výhodném provedení se další kapalina přivádí do každého z proudů před spojením proudu před výstupem z výstupního hrdla homogenizačního zařízení.In a preferred embodiment, additional fluid is supplied to each of the streams prior to joining the stream prior to exit from the outlet of the homogenizer.

Podstata homogenizačního zařízení pro provádění výše uvedeného způsobu spočívá v tom, že do obou větví jsou zaústěny boční přívody, které jsou opatřeny tryskami.The essence of the homogenizing device for carrying out the above-mentioned method consists in the fact that both branches are provided with side inlets, which are provided with nozzles.

Ve výhodném provedení jsou boční přívody do obou větví zaústěny radiálně vůči ose hrdel.In a preferred embodiment, the lateral inlets to both branches are connected radially to the throat axis.

V dalším výhodném provedení jsou boční přívody do obou větví zaústěny před výstupním hrdlem s výhodou v místě, za přechodem větví z kolmé osy vůči ose hrdel do souosé polohy vůči osám hrdel.In a further preferred embodiment, the lateral inlets to the two branches terminate in front of the outlet throat at a point beyond the transition of the branches from a perpendicular axis to the throat axis to a coaxial position to the throat axes.

Popis obrázků na výkresechDescription of the drawings

Vynález bude dále přiblížen pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje schéma zjednodušeného technologického uspořádání spalovny odpadu s vyznačením bloku mechanického, chemického a adsorpčního čištění spalin podle stavu techniky, obr. 2 znázorňuje detail skupiny aparátů z obr. 1, s homogenizaěním zařízením pole stavu techniky, obr. 3 představuje schéma zjednodušeného technologického uspořádání spalovny odpadu se zabudovaným zařízením podle vynálezu,BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a simplified process arrangement of a waste incineration plant showing a block of mechanical, chemical and adsorption cleaning of flue gases according to the prior art; FIG. Fig. 3 is a schematic diagram of a simplified technological arrangement of a waste incineration plant incorporating a device according to the invention;

-2CZ 300466 B6 a obr. 4 znázorňuje detail skupiny aparátů z obr. 3 s homogenizačním zařízením podle vynálezu a obr. 5 je detail na homogenizační zařízení podle vynálezu.And Fig. 4 shows a detail of a group of apparatuses of Fig. 3 with a homogenizer according to the invention and Fig. 5 is a detail of a homogenizer according to the invention.

Příklad provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Na obr. 1 je znázorněno schéma zjednodušeného technologického uspořádání spalovny odpadu s homogenizačním zařízením podle stavu techniky. Z něj je patrné, že do spalovacího prostoru spalovny, která jev daném případě reprezentována rotační spalovací pecí 1, je dopravován tuhý nebo tekutý odpad, spalovací vzduch, eventuálně přídavné stabilizační palivo. Na první spalovací stupeň může navazovat sekundární spalovací komora 2 sloužící k dokončení spalovacího pochodu a rozkladu nežádoucích složek při předepsaných teplotách. Tuhé zbytky ze spalování odpadu představuje škvára. Tepelný obsah vzniklých spalin je využíván v aparátech pro využití tepla spalin, jimiž jsou obvykle technologické výměníky 3, a kotel 4 pro výrobu přehřáté páry sloužící k výrobě elektrické energie v turbíně 5. Pak probíhá kondenzace v kondenzátoru 6 a mechanické čištění spalin do úletů jemného popílku je uskutečněno ve filtru 7. Dochlazení spalin před vstupem do bloku mokrého fyzikálně—chemického čištění, což představuje vyznačená skupina J_5 aparátů, může být provedeno ve výměníku 8. Tato skupina 15 aparátů je z hlediska vynálezu nejdůležitější. Skupina 15 bude dále probírána podrobněji, proto je vynesena v detailu na obr. 2.Fig. 1 shows a schematic diagram of a simplified technological arrangement of a waste incineration plant with a homogenization apparatus according to the prior art. It can be seen that solid or liquid waste, combustion air and possibly additional stabilizing fuel are conveyed to the combustion chamber of the incinerator, which in this case is represented by the rotary furnace 1. The first combustion stage can be followed by a secondary combustion chamber 2 to complete the combustion process and decompose the undesirable components at the prescribed temperatures. Solid residues from waste incineration are cinder. The thermal content of the resulting flue gas is utilized in the flue gas heat recovery apparatuses, which are usually technological exchangers 3, and the boiler 4 for producing superheated steam used to generate electricity in the turbine 5. Then condensation in condenser 6 and mechanical cleaning of flue gases This is done in the filter 7. The after-cooling of the flue gas before entering the wet physical-chemical treatment block, represented by the indicated group 15 of apparatuses, can be carried out in the exchanger 8. This group 15 apparatuses is most important for the invention. The group 15 will be discussed in more detail below, therefore it is plotted in detail in Fig. 2.

Na tomto obr. 2 je v detailu vidět, že skupina 15 aparátů sestává z homogenizační jednotky 9. Tato jednotka je provedena jako absorbér na principu VENTURI. Funkce absorbéru typu VENTURI je popsána výše v kapitole o stavu techniky. Pod homogenizační jednotkou 9 je instalována nádrž 10 absorpčního roztoku, ve které se odděluje plyn od absorpčního roztoku. Dokončení fyzikálně—chem ického čištění probíhá v absorpční koloně 11. Použitý vodný absorpční roztok ze skupiny 15 aparátů je veden k dočištění.In this Fig. 2 it is seen in detail that the group 15 of apparatuses consists of a homogenization unit 9. This unit is designed as an absorber on the principle of VENTURI. The function of the VENTURI absorber is described above in the state of the art chapter. An absorption solution tank 10 is installed below the homogenization unit 9 in which the gas is separated from the absorption solution. The physico-chemical purification is completed in the absorption column 11. The aqueous absorption solution of the group of 15 apparatuses is used for purification.

Jak je opět zřejmé z obr. 1, výstupní vyčištěný plyn z absorpční komory 11 je ohříván ve výměníku tepla 8 a následně veden k eventuálnímu adsorpěnímu dočištění ve výměníku tepla 8 a následně veden k eventuálnímu adsorpěnímu dočištění v adsorbéru 12 a ventilátorem 13 je odtahován od komína 14.Referring again to FIG. 1, the exhaust gas cleaned from the absorption chamber 11 is heated in the heat exchanger 8 and is subsequently led to an eventual adsorption aftertreatment in the heat exchanger 8 and subsequently conducted to an eventual adsorption aftertreatment in the adsorber 12 and withdrawn from the chimney by a fan 13. 14.

Na obr. 3 je znázorněno schéma zjednodušeného technologického uspořádání spalovny odpadu podle vynálezu. Jednotlivá zařízení mají stejné uspořádání a vztahové značky, kromě skupiny 15 aparátů, která je vynesena opět v detailu na obr. 4. Na tomto obrázku je vidět, že absorbér typu VENTURI je nahrazen vícecestným homogenizačním zařízením 16 ve formě homogenizační tvarovky.Fig. 3 shows a schematic diagram of a simplified technological arrangement of a waste incineration plant according to the invention. The individual devices have the same arrangement and reference numerals, except for the group of apparatuses 15, which is shown again in detail in FIG. 4. In this figure it can be seen that the VENTURI absorber is replaced by a multipurpose homogenizer 16 in the form of a homogenizer fitting.

Tato homogenizační zařízení 16 je zobrazeno v detailu na obr. 5. Je vidět, že sestává ze vstupního hrdla 17 v jeho homí části, načež se rozděluje do dvou větví 18 a 18'. Ty se ve spodní části opět spojují do výstupního hrdla 19. Do obou větví 18 a 18' jsou radiálně vůči ose hrdel 17 a 19 zaústěny boční přívody 20 a 20'. V těchto přívodech 20 a 20' jsou uspořádány trysky 21 a 2T, které jsou znázorněny pouze schematicky.This homogenizing device 16 is shown in detail in FIG. 5. It can be seen that it consists of an inlet throat 17 in its upper part, whereupon it splits into two branches 18 and 18 '. These in the lower part are again connected to the outlet connection 19. The lateral inlets 20 and 20 'are connected radially to the axis of the tubes 17 and 19 into both branches 18 and 18'. Nozzles 21 and 2T are provided in these inlets 20 and 20 ', which are shown only schematically.

Do vstupní části homogenizačního zařízení 16 vstupuje vstupním hrdlem Γ7 dvoufázová směs plynu a kapaliny, která je rozdělena do dvou nebo případně více proudů procházejících větvemi 18 a 18'. Počet větví do kterých se vstupní tok rozdělí není omezen. Před výstupem z výstupního hrdla 19 dochází ke zpětnému sražení, tedy spojení všech předtím rozdělených proudů. Při tomto spojení, které je doprovázeno eliminací dynamické složky tlaku dochází k jevu, který je nazýván jako přechodový skok. Pro funkci popsaného zařízení není podstatné, zdaje vstup umístěn v horní nebo spodní části zařízení, podstatné je vertikální uspořádání. V konečném úseku větví 18 a 18' u výstupního hrdla 19 je uspořádán do každé z větví ústící boční přívod 20 a 20' ve formě trubek, ve kterých jsou před ústím do větví uspořádány trysky 21 a 21'. Z těchto přívodů je přiváděn další proud kapaliny který obohacuje dvoufázovou směs přicházející ze vstupního hrdla 17.A two-phase gas-liquid mixture enters the inlet portion of the homogenizer 16 through the inlet throat Γ7, which is divided into two or possibly more streams passing through the branches 18 and 18 '. There is no limit to the number of branches into which the input stream splits. Prior to exiting the outlet orifice 19, there is a recoil, that is to say, the joining of all previously divided streams. In this connection, which is accompanied by the elimination of the dynamic pressure component, a phenomenon is called a transition jump. It is not essential for the operation of the device described whether the inlet is located at the top or bottom of the device; In the final section of the branches 18 and 18 'at the outlet throat 19, a lateral inlet 20 and 20' is provided in each of the branches in the form of pipes in which nozzles 21 and 21 'are arranged in front of the branch into the branches. From these inlets, an additional liquid stream is supplied which enriches the two-phase mixture coming from the inlet throat 17.

-3CZ 300466 B6-3GB 300466 B6

Výsledkem popsaného uspořádání je vznik vysoce disperzního toku plyno-kapalinové směsi vyznačujícího se vysokou mezifázovou plochou.The described arrangement results in a highly dispersed flow of gas-liquid mixture having a high interfacial area.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Způsob a zařízení podle vynálezu lze s výhodou využít v procesech, které vyžadují intenzivní kontakt mezi plynem a kapalinou, což jsou procesy absorpce.The process and apparatus of the invention can be advantageously used in processes that require intense gas-liquid contact, which are absorption processes.

Claims

PATENT CLAIMS

Process for homogenizing a gas-liquid mixture in the treatment of industrial waste gases, wherein a biphasic gas-liquid mixture is fed to the homogenizer, which is divided into at least two streams and after passing through the branches is reconnected before leaving the outlet throat. The method according to claim 1, characterized in that another stream is fed to the two-phase mixture

20 liquid.

The method of claim 1, wherein the additional liquid is supplied to each of the streams prior to joining the stream, prior to exiting the outlet throat of the homogenizer,

Homogenisation device for carrying out the method according to claim 1, comprising an inlet branch (17) in the inlet part and at least two branches (18, 18 ') whose one end is connected to the inlet branch (17), the branches (18, 18) ') are connected again in the outlet part at the point of the outlet neck (19), characterized in that lateral orifices are connected to both branches (18, 18')

30 inlets (20, 20 ') which are provided with nozzles (21, 2 Γ).

Homogenisation device according to claim 3, characterized in that the side inlets (20, 20 ') extend into both branches (18, 18') radially with respect to the axis of the necks (17, 19).

Homogenization device according to claims 3 and 4, characterized in that the side inlets (20, 20 ') are connected to both branches (18, 18') in front of the outlet neck, preferably at a point beyond the transition of the branches from perpendicular axis to axis of the nozzles (17, 19) aligned to the axes of the nozzles (17, 19).