RU2175101C1

RU2175101C1 - Heat recovery and waste gas cleaning system

Info

Publication number: RU2175101C1
Application number: RU2000108061A
Authority: RU
Inventors: Э.В. Сазонов; В.С. Турбин; С.И. Гончаров
Original assignee: Воронежская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2001-10-20

Abstract

FIELD: power engineering; simultaneous recovery of heat and cleaning of exhaust combustion products of heat-generating plants. SUBSTANCE: gas flow is admitted to first cleaning stage which consists of Venturi Scrubber 12, bin 22, pump 23 and pipe line 24. Then gas flow enters heating medium chamber 5 inside which finned thermal tubes 9 are arranged; fins are made in form of perforated spacers 10. Water fed to space between spacers 10 by pump 19 through spraying unit 21 forms second stage of cleaning. When gas flow gets in contact with thermal tubes 9, intermediate heat- transfer agent boils up and rises to zone of heating medium chamber 6 where it is condensed and the process is repeated. Moistening blast air by means of scrubber 16 and sprinkling chamber 17 reduces amount of nitric oxides generated during combustion. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для одновременной утилизации теплоты и очистки продуктов сгорания выбросов, в частности, теплогенерирующих установок. The invention relates to energy and can be used for the simultaneous utilization of heat and purification of products of combustion of emissions, in particular, heat-generating plants.

Известна конструкция теплоутилизатора, содержащая активную насадку из трубной поверхности или из теплоаккумулирующего материала [1]. Однако при высоких температурах среды и небольших расходах промежуточного теплоносителя, возможно его вскипание и унос. Кроме того, при загрязнении теплоаккумулирующей насадки необходимо останавливать теплоутилизатор для ее очистки. Трубная поверхность насадки подвержена загрязнению и коррозии, поэтому часто выходит из строя. A known design of a heat exchanger containing an active nozzle from a pipe surface or from a heat storage material [1]. However, at high ambient temperatures and low flow rates of the intermediate coolant, it may boil and carry off. In addition, if the heat-accumulating nozzle is contaminated, it is necessary to stop the heat exchanger to clean it. The pipe surface of the nozzle is subject to contamination and corrosion, and therefore often fails.

Известна наиболее близкая по совокупности признаков система утилизации теплоты и очистки выбросных газов, содержащая размещенные в вертикальном корпусе, снабженном патрубками подвода и отвода, камеры греющей и нагреваемой сред, отделенные одна от другой горизонтальной перегородкой. В камере греющей среды расположено разбрызгивающее устройство, сообщенное посредством насосно-трубопроводной системы со сборным баком, установленным в нижней части вертикального корпуса и сообщенного с камерой греющей среды. В этой же камере расположен теплообменник из труб с оребрением. Устройство для очистки газа выполнено в виде теплоаккумулирующей насадки, установленной в камере греющей среды. В полости корпуса установлены вертикальные тепловые трубы, размещенные своими конденсаторами в камере нагреваемой среды, а испарителями - в камере греющей среды. При этом входной и выходной патрубки вертикального корпуса сообщены соответственно с подводящим и отводящим газоходами [2]. Known for the closest set of features is a system for heat recovery and purification of exhaust gases, containing placed in a vertical housing equipped with nozzles for supplying and discharging, chambers of heating and heated media, separated from one another by a horizontal partition. In the heating medium chamber there is a spray device communicated by means of a pump and pipeline system with a collection tank installed in the lower part of the vertical housing and in communication with the heating medium chamber. In the same chamber there is a heat exchanger from pipes with fins. The gas purification device is made in the form of a heat storage nozzle installed in the heating medium chamber. Vertical heat pipes are installed in the body cavity, placed by their capacitors in the chamber of the heated medium, and by evaporators in the chamber of the heating medium. In this case, the inlet and outlet pipes of the vertical casing are in communication with the inlet and outlet ducts, respectively [2].

Однако очистка газообразных сред посредством насадки осуществляется только от механических примесей, при этом не происходит сорбирование вредных газовых компонентов, таких как оксиды азота и др. Кроме того, наличие кассеты с фильтрующим материалом, создает дополнительное аэродинамическое сопротивление, что приводит к снижению скорости газового потока, снижению эффективности утилизации теплоты и повышенным энергозатратам. However, the purification of gaseous media by means of a nozzle is carried out only from mechanical impurities, while sorption of harmful gas components, such as nitrogen oxides, etc. does not occur. In addition, the presence of a cartridge with filter material creates additional aerodynamic drag, which leads to a decrease in the gas flow rate, decrease in heat recovery efficiency and increased energy consumption.

Задачей изобретения является повышение эффективности утилизации теплоты и очистки выбросных газов от технологического оборудования, в частности от теплогенерирующих установок. The objective of the invention is to increase the efficiency of heat recovery and purification of exhaust gases from process equipment, in particular from heat generating plants.

Поставленная задача достигается тем, что в системе утилизации и очистки выбросных газов, включающей теплоутилизатор в виде вертикального корпуса, с входным и выходным патрубками, разделенного горизонтальной перегородкой на камеры греющей и нагреваемой сред, в которых установлены вертикальные тепловые трубы, размещенные своими конденсаторами в камере нагреваемой среды, а испарителями - в камере греющей среды, разбрызгивающее устройство, сообщенное посредством насосно-трубопроводной системы со сборным, расположенным в нижней части корпуса и сообщенным с камерой греющей среды, баком, а также средство для очистки газов, оребрение, размещенное в камере греющей среды, подводящий и отводящий газоходы, отличительными от прототипа признаками является то, что средство для очистки газов выполнено в виде скруббера Вентури, соединенного своим входом с подводящим газоходом, а выходом - с входным патрубком теплоутилизатора через промежуточный трубопровод, сообщенный посредством насосно-трубопроводной системы последовательно с бункером для хемосорбционного раствора и полостью вышеупомянутого скруббера в его средней части, а оребрение смонтировано на испарителях вертикальных тепловых труб и выполнено в виде плоских, соединенных по периметру со стенками корпуса, проставок с отверстиями, расположенными на проставках каждой пары смежных труб в направлении движения утилизируемого газа соответственно в верхней и нижней частях камеры греющей среды, сообщенный с которой сборный бак соединен посредством насосно-трубопроводной системы с форсунками, установленными в камере орошения, соединенной своим входным патрубком через дополнительный скруббер Вентури с трубопроводом подачи дутьевого воздуха, а выходным - с технологическим оборудованием. The problem is achieved in that in a system for utilizing and purifying exhaust gases, including a heat exchanger in the form of a vertical casing, with inlet and outlet pipes, separated by a horizontal partition into chambers of heating and heated media, in which vertical heat pipes are installed, placed by their condensers in the heated chamber medium, and by evaporators in the heating medium chamber, a spray device communicated by means of a pump and pipeline system with an assembly located at the bottom of the pus and communicated with the heating medium chamber, the tank, as well as a gas purifier, fins placed in the heating medium chamber, supply and exhaust ducts, distinctive features of the prototype are that the gas purifier is made in the form of a Venturi scrubber connected by its an inlet with an inlet gas duct, and an outlet with an inlet pipe of a heat exchanger through an intermediate pipeline communicated through a pump and pipeline system in series with a hopper for chemisorption solution and a cavity in of the aforementioned scrubber in its middle part, and the fins are mounted on evaporators of vertical heat pipes and are made in the form of flat spacers connected along the perimeter with the walls of the housing, spacers with holes located on the spacers of each pair of adjacent pipes in the direction of movement of the utilized gas, respectively, in the upper and lower parts the chamber of the heating medium in communication with which the collection tank is connected by means of a pump and pipe system with nozzles installed in the irrigation chamber connected to its inlet pipe th additional through venturi scrubber with blast air supply duct, and an output - with process equipment.

На фиг. 1 представлена система утилизации теплоты и очистки выбросных газов, на фиг. 2 - разрез A - A. In FIG. 1 shows a heat recovery and exhaust gas cleaning system; FIG. 2 - section A - A.

Система утилизации теплоты и очистки выбросных газов содержит теплоутилизатор В, состоящий из вертикального корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Полость корпуса 1 разделена горизонтальной перегородкой 4 на камеры греющей 5 и нагреваемой 6 сред. Последняя снабжена входным 7 и выходным 8 штуцерами. Внутри корпуса 1 вертикально расположены тепловые трубы 9, с оребрением в виде плоских, соединенных по периметру со стенками корпуса перфорированных проставок 10. Патрубок 2 корпуса 1 посредством промежуточного трубопровода 11 соединен с выходной частью скруббера Вентури 12, установленного под острым углом к горизонтальной плоскости и соединенного своим входным патрубком с подводящим газоходом 13. Корпус 1 расположен на сборном баке 14, который соединен через насос 15 с дополнительным скруббером Вентури 16 и оросительной камерой 17, где размещены форсунки 18. Оросительная камера 17 посредством насоса 19 и трубопровода 20 соединена с разбрызгивающим устройством 21. Первая ступень орошения замкнута в контуре, включающем помимо скруббера Вентури 12, бункер для хемосорбционного раствора 22, насос 23 и трубопровод 24. Трубопровод 24 соединен со средней частью скруббера Вентури 12. В местах для слива воды предусмотрена запорная 25, 26, 27, а на трубопроводах регулирующая 28, 29 арматура. В качестве хемосорбционного раствора могут применяться растворы едкого натра и карбамида. На тепловых трубах 9 смонтировано оребрение 10 в виде плоских, соединенных по периметру со стенками корпуса, проставок с отверстиями, размещенными на проставках каждой пары смежных труб в направлении движения утилизируемого газового потока соответственно в верхней и нижней частях камеры греющей среды 5. В проставках 10 выполнены отверстия 30, расположенные на проставках каждой пары смежных труб. The system of heat recovery and purification of exhaust gases contains a heat exchanger B, consisting of a vertical housing 1 with input 2 and output 3 pipes. The cavity of the housing 1 is divided by a horizontal partition 4 into heating chambers 5 and heated 6 environments. The latter is equipped with input 7 and output 8 fittings. Heat pipes 9 are vertically located inside the housing 1, with finning in the form of flat perforated spacers 10 that are connected around the perimeter to the walls of the housing. The pipe 2 of the housing 1 is connected via an intermediate pipe 11 to the outlet of a venturi 12 mounted at an acute angle to the horizontal plane and connected its inlet pipe with a supply gas duct 13. The housing 1 is located on a collection tank 14, which is connected through a pump 15 to an additional venturi scrubber 16 and an irrigation chamber 17, where it is located nozzles 18. The irrigation chamber 17 is connected via a pump 19 and a pipe 20 to a spray device 21. The first irrigation stage is closed in a circuit including, in addition to a Venturi scrubber 12, a chemisorption solution hopper 22, a pump 23 and a pipe 24. A pipe 24 is connected to the middle part of the scrubber Venturi 12. In places for draining water, shutoff valves 25, 26, 27 are provided, and valves regulating 28, 29 on pipelines. As a chemisorption solution, caustic soda and urea solutions can be used. On the heat pipes 9, a fin 10 is mounted in the form of flat spacers connected along the perimeter with the walls of the housing, spacers with holes located on the spacers of each pair of adjacent pipes in the direction of movement of the utilized gas stream, respectively, in the upper and lower parts of the heating medium chamber 5. In the spacers 10, holes 30 located on the spacers of each pair of adjacent pipes.

Система работает следующим образом. Выбросные газы поступают в скруббер Вентури 12, где происходит их орошение хемосорбционным раствором, являющимся абсорбентом, нагнетаемым насосом 23 по трубопроводу 24 в среднюю часть скруббера 12. При этом в скруббере 12 происходит не только улавливание вредных газовых примесей, но и укрупнение содержащихся в газовом потоке твердых частиц, что способствует более эффективному удалению последних в камере греющей среды 5. Абсорбент из скруббера 12 по трубопроводу 11 стекает в бункер 22 и нагнетается циркуляционным насосом 23 по трубопроводу 24 обратно, что образует первую замкнутую ступень очистки. Затем газовый поток поступает через входной патрубок 2 в камеру греющей среды 5. Газовый поток в камере 5 движется по отверстиям 30 проставок 10. Так как отверстия 30 выполнены на проставках 10 одного ряда испарителей тепловых труб 9 - в верхней части камеры 5, а следующего ряда - в нижней части камеры 5, газовый поток получает зигзагообразное направление движения, омывая испарители тепловых труб 9. Из оросительной камеры 17, посредством насоса 19, по трубопроводу 20, в камеру 5, между проставками 10 подается вода через разбрызгивающее устройство 21, что образует вторую замкнутую ступень очистки. При контакте с водой газовый поток дополнительно очищается от вредных выбросов. В межпроставочный объем последнего ряда тепловых труб вода не поступает, что позволяет использовать данный ряд в качестве сепаратора уносимых капель жидкости. Очищенные газы выбрасываются через выходной патрубок 3 в дымовую трубу (на чертеже не показано). The system operates as follows. The exhaust gases enter the Venturi scrubber 12, where they are irrigated with a chemisorption solution, which is the absorbent pumped by the pump 23 through the pipe 24 into the middle part of the scrubber 12. In this case, not only the trapping of harmful gas impurities, but also the enlargement of the gas contained in the gas stream takes place in the scrubber 12 solid particles, which contributes to a more efficient removal of the latter in the heating medium chamber 5. The absorbent from the scrubber 12 flows through the pipe 11 into the hopper 22 and is pumped by the circulation pump 23 through the pipe 24 but that forms a first closed cleaning stage. Then the gas stream enters through the inlet pipe 2 into the heating medium chamber 5. The gas stream in the chamber 5 moves through the holes 30 of the spacers 10. Since the holes 30 are made on the spacers 10 of one row of heat pipe evaporators 9, in the upper part of the chamber 5, and the next row - in the lower part of the chamber 5, the gas stream receives a zigzag direction of movement, washing the heat pipe evaporators 9. From the irrigation chamber 17, by means of the pump 19, through the pipe 20, into the chamber 5, water is supplied between the spacers 10 through the spray device 21, which develops a second closed stage of purification. Upon contact with water, the gas stream is further cleaned of harmful emissions. No water enters the inter-spacer volume of the last row of heat pipes, which makes it possible to use this row as a separator for entrained liquid droplets. The purified gases are discharged through the outlet pipe 3 into the chimney (not shown in the drawing).

Выбросные газы, охлаждаясь, отдают теплоту промежуточному теплоносителю, который вскипает и поднимается в виде парожидкостной смеси внутри тепловых труб 9 в зону камеры нагреваемой среды 6, в результате чего, используется скрытая теплота парообразования и происходит нагрев среды, поступающей через штуцер 7 и выходящей через штуцер 8. Парожидкостная смесь конденсируется и стекает по стенкам тепловых труб 9 в зону камеры греющей среды 5, и процесс непрерывно повторяется. Посредством насоса 15 происходит распыление воды в скруббере Вентури 16 и в оросительной камере 17 через форсунки 18. В предлагаемой системе утилизации теплоты и очистки выбросных газов значительно интенсифицируется теплопередача за счет использования эффекта удара газовых струй о поверхность тепловых труб 9, который, размывая ламинарный подслой, уменьшает термическое сопротивление. Кроме этого, здесь используется скрытая теплота парообразования промежуточного теплоносителя внутри тепловых труб 9. Касаясь абсорбционных свойств данной системы, необходимо отметить двухступенчатый способ очистки хемосорбционными растворами, позволяющий увеличить степень улавливания вредных веществ. Значительно повышается эксплутационная надежность системы при работе в запыленных потоках, т.к. взвешенные частицы смываются орошающей жидкостью в первой и второй ступенях орошения. Использование скруббера Вентури 16 и оросительной камеры 17, позволяет увлажнить дутьевой воздух, подаваемый в технологическое оборудование, например, в топку котла, что снизит температуру в ядре факела и уменьшит количество генерируемых при сжигании топлива оксидов азота. The exhaust gases, cooling, give heat to the intermediate heat carrier, which boils and rises in the form of a vapor-liquid mixture inside the heat pipes 9 into the zone of the chamber of the heated medium 6, as a result, the latent heat of vaporization is used and the medium enters through the nozzle 7 and exits through the nozzle 8. The vapor-liquid mixture condenses and flows down the walls of the heat pipes 9 into the zone of the chamber of the heating medium 5, and the process is continuously repeated. By means of the pump 15, water is sprayed in the Venturi scrubber 16 and in the irrigation chamber 17 through nozzles 18. In the proposed system of heat recovery and exhaust gas purification, the heat transfer is significantly intensified due to the use of the impact of gas jets on the surface of the heat pipes 9, which, eroding the laminar sublayer, reduces thermal resistance. In addition, the latent heat of vaporization of the intermediate coolant inside the heat pipes is used here 9. Concerning the absorption properties of this system, it is necessary to note a two-stage method of cleaning with chemisorption solutions, which allows to increase the degree of trapping of harmful substances. Significantly increases the operational reliability of the system when working in dusty streams, because suspended particles are washed off with irrigation fluid in the first and second stages of irrigation. The use of a Venturi scrubber 16 and an irrigation chamber 17 makes it possible to moisten the blast air supplied to technological equipment, for example, to the boiler furnace, which will lower the temperature in the flame core and reduce the amount of nitrogen oxides generated during fuel combustion.

Внедрение данной системы позволит получить значительные экономические и экологические эффекты, как за счет повышения эффективности утилизации теплоты, так и за счет повышения эффективности очистки загрязненных выбросных газов. The implementation of this system will allow to obtain significant economic and environmental effects, both by increasing the efficiency of heat recovery, and by increasing the efficiency of cleaning polluted exhaust gases.

Источники информации
1. Патент ФРГ N 3017488, кл. F 28 C 3/06, 1980 г.Sources of information
1. The patent of Germany N 3017488, cl. F 28 C 3/06, 1980

2. Авторское свидетельство СССР N 1776955, "Теплоутилизатор", кл. F 28 C 3/06, 1990 г. 2. USSR author's certificate N 1776955, "Heat recovery unit", cl. F 28 C 3/06, 1990

Claims

The system of heat recovery and purification of exhaust gases, including a heat exchanger in the form of a vertical casing with inlet and outlet pipes, separated by a horizontal partition into chambers of heating and heated media, in which vertical heat pipes are installed, placed with their condensers in the chamber of the heated medium, and evaporators in the chamber heating medium, a spray device communicated by means of a piping system with a prefabricated located in the lower part of the housing and in communication with the heating chamber medium tank, as well as a means for cleaning gases, fins, placed in the chamber of the heating medium, inlet and outlet ducts, characterized in that the means for cleaning the gas stream is made in the form of a Venturi scrubber connected to its inlet with the inlet duct, and the outlet to the inlet a heat exchanger nozzle through an intermediate pipeline communicated by means of a pump and pipeline system in series with the chemisorption solution hopper and the cavity of the aforementioned scrubber in its middle part, and finning see mounted on evaporators of vertical heat pipes and made in the form of flat spacers connected along the perimeter with the walls of the spacer body with holes located on the spacers of each pair of adjacent pipes in the direction of movement of the utilized gas, respectively, in the upper and lower parts of the heating medium chamber, connected to which the collection tank is connected by means of a piping system with nozzles installed in an irrigation chamber connected to its inlet pipe through an additional venturi scrubber with a pipe blowing air cottages, and weekends with technological equipment.