Финишная очистка дымовых газов в скруббере-абсорбере Вентури с 2-х ярусным орошением

ООО «Химтехнология», г. Екатеринбург,
Югай Ф.С., главный технолог, к.т.н.,
Бакиров А.Р., ведущий инженер-технолог, к.т.н.,
Сидтикова Ю.Р., инженер-технолог.

В докладе приведены данные сравнительной оценки работы газоочистных установок (ГОУ) очистки дымовых газов от пыли и сернистого ангидрида на апатито-нефелиновых обогатительных фабриках АО «Северо-Западная Фосфорная Компания» (АО «СЗФК») и ОАО «Апатит».

Проектирование линии сушки и очистки газов на АО «СЗФК» и модернизацию существующих ГОУ на ОАО «Апатит» проводила инжиниринговая компания «Химтехнология» в период 2014-2017 гг. в связи с работой по повышению производительности сушильных барабанов типа БН 3,5-22НУ и была направлена на повышение эффективности очистки дымовых отходящих газов от сушильных барабанов.

По данным ОАО «Апатит» гранулометрический состав апатитового концентрата на 28-32% состоит из частиц менее 40 мкм. Следует предположить, что с дымовыми газами в систему газоочистки, в основном, уносится именно эта фракция продукта.

В топках сушильных барабанов сжигается мазут топочный марки М-100 с содержанием массовой доли серы 1,79% (по паспорту качества топлива). При производительности 160-200 т/ч по высушенному материалу расход мазута составляет 1500-2000 кг/ч. Пересчет серы мазута в сернистый ангидрид в дымовых газах показал, что его содержание не превысит 0,6-0,8г/нм³. Требуемые нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) на названных предприятиях: по пыли- 40 мг/нм³, по сернистому ангидриду - 10 мг/нм³.

По техническому проекту на АО «СЗФК» дымовые газы после сушильного барабана проходят через стадию сухой очистки в батарейном циклоне БЦ2-4, электрофильтре ЭГАВ-1-20-7,5-6-3 (ЗАО «Кондор-Эко» Семибратово) и далее дымососом ДН-21МКНЖ направляются на стадию мокрой очистки в скруббер-абсорбер Вентури (САВ). Вода на орошение скруббера Вентури подавалась из флотационного передела в количестве 400м³/ч и с температурой 3-5⁰С.

На ОАО «Апатит» дымовые газы проходили через стадию сухой очистки в групповом циклоне СК-ЦН-34- 1700х4 и электрофильтре типа ЭГ-2-4-2,5-60К (использовалась только оболочка, электрофильтр модернизирован ООО «Промстрой Инжиниринг» г.Москва) и далее дымососом ДН-21 МГМ направлялись на мокрую стадию очистки в САВ. Труба Вентури была установлена вертикально, через колено газо-жидкостный поток поступал на разделение в существующую модернизированную башню (скруббер) СПВН 250-200К. Расход на орошение САВ составлял 180 м³/ч.

Модернизация скруббера СПВН 250-200К заключалась в удалении существующей хордовой деревянной насадки, установке двух ярусов орошения с центробежно-струйными форсунками и центробежного лопастного каплеуловителя на выходе из башни. Орошение в САВ и башню подавалось на проход, а нагретая до температуры 40…45⁰С вода направлялась в технологию на флотационный передел. Установленный на финишной очистке газов низконапорный САВ с 2-х ярусным орошением разработан ИК «Химтехнология», применен на многих объектах при очистке газов от вредных газовых компонентов и взвешенных частиц [1]. В каждой из двух последовательно установленных горловин САВ путем изменения скорости газа и плотности орошения создаются гидродинамические условия, оптимальные для абсорбции газов или очистки от пыли. САВ по эффективности заменяет два последовательно установленных скруббера Вентури традиционной конструкции.

Применение САВ с модернизированным скруббером СПВН 250-200К в качестве брызгоуловителя на ОАО «Апатит», как и в случае применения САВ на АО «СЗФК», позволило:

• повысить эффективность очистки отходящих дымовых газов от пыли и сернистого ангидрида;
• утилизировать достаточно полно тепло отходящих дымовых газов;
• упростить и повысить надежность работы всей системы газоочистки.

В таблице 1 приведены сравнительные данные измерений общей эффективности очистки от пыли на модернизированных газоочистных установках названных выше предприятий.

Таблица 1

х) Промышленно- санитарная лаборатория АО «СЗФК»

хх) Центр лабораторного анализа и технических измерений по Мурманской области.

Газовая нагрузка в таблице 1 рассчитана по условиям выхода из САВ, т.к. аппараты работали в испарительном режиме. Температура дымовых газов в САВ изменялась: на входе 100-80⁰С, на выходе – 32-50⁰С.

В таблице 2 приводятся результаты измерений и расчетов, проведенных промышленно-санитарной лабораторией АО «СЗФК» от 22.03.17 г. по точкам отбора проб, позволяющих рассчитать эффективность очистки газа от пыли в каждом аппарате системы газоочистки. Схема расположения точек замеров и отбора проб показана на рис.1.

Таблица 2

Рис.1 Схема расположения точек замеров и отбора проб

Диаметр трубопровода, по которому рассчитывался объемный расход дымовых газов – 1620 мм.

По данным таблицы 2 расчетная эффективность циклона η_ц=54%, электрофильтра η_эф=76,48%, скруббера Вентури с 2-х ярусным орошением η_св=96,17%, общая эффективность системы газоочистки η_общ=99,58%. Скруббер Вентури был выполнен из стеклопластика и рассчитан на оптимальную газовую нагрузку 100…105 тыс.м³/ч (по условиям выхода). Оросительные устройства выполнены из стали 12Х18Н10Т ГОСТ5632-72.

Из замеров, проведенных «ЦЛАТИ по Мурманской области», в которых определялась только суммарная эффективность работы пылеочистных установок (см.таблицу 1), видно, что эффективность установок ПГУ№0008 и ПГУ№0009 одного порядка с данными полученными промышленно-санитарной лабораторией АО «СЗФК» и, следовательно, каждый аппарат системы газоочистки работает приблизительно с эффективностью, установленной выше.

Как видно из таблицы 1 на газоочистных установках АО «СЗФК» не достигаются нормы ПДВ по выбросам пыли и причины этого в следующем:

• пониженная против расчетной, газовая нагрузка, что не позволяет циклону и скрубберу Вентури работать в оптимальном режиме;
• низкая эффективность батарейного циклона и электрофильтра.

Однако, несмотря на не оптимальный гидравлический режим работы САВ, проскок тонкодисперсной пыли, не уловленной в батарейном циклоне и электрофильтре, в СВ улавливается с эффективностью не ниже 96%.

Данные измерений на модернизированных ГОУ №7 и ГОУ №8 ОАО «Апатит» от пыли показали:

• эффективность работы группы циклонов СК-ЦН-34-1700х4 оказалась выше проектной (η=85%) и по данным 4-х измерений 12-14.11.2016 в зависимости от газовой нагрузки составила 88…98%;
• расчетная эффективность САВ на финишной очистке газов, в зависимости от газовой нагрузки и начальной концентрации пыли на входе в САВ, составила 30…90%.
• в ряде случаев, без финишной очистки газов от пыли в САВ, не могу быть достигнуты нормы ПДВ на установке.

Измерения запыленности дымовых газов 12-14.11.2016 г на ГОУ №7 и №8 ОАО «Апатит» проводились перед циклоном (Q1), перед электрофильтром (Q3) и после брызгоуловителя (Q5). Эффективность САВ в комбинации с брызгоуловителем СПВН 250-200К рассчитывалась из условия принятой паспортной эффективности электрофильтра 99,2…99,4% (по данным ООО «Промстрой Инжиниринг».

При газовой нагрузке, близкой к проектной, когда аппараты газоочистки работают в оптимальном расчетном режиме, эффективность аппаратов тонкой очистки выше.

По сравнению с системой газоочистки АО «СЗФК», применение на ОАО «Апатит» более эффективно работающего циклона, модернизированного электрофильтра и аналогичного скруббера Вентури обеспечивает степени очистки не ниже 99,99% и остаточную запыленность перед выбросом в атмосферу не выше проектных – 30 мг/м³ (см. табл.1).

Абсорбция сернистого ангидрида в САВ.

Содержание серы фактическое в мазуте М-100, по данным паспортов, представленных ОАО «Апатит» в пределах 1,76…2,7%.

В период проведения анализов на содержание сернистого ангидрида в дымовых газах установки сушки не работали на максимальной проектной производительности, нагрузка на сушильный барабан составляла 70…192 т/ч. Средний расход мазута на сушку концентрата оценивается величиной 1500 кг/ч, а содержание серы в нем ~ 33,45 кг/ч.

При сжигании этого количества серы образуется 66,9 кг/ч сернистого ангидрида, а при рабочем объеме дымовых газов 80…120 тыс. м³/ч концентрацию сернистого ангидрида в дымовых газах составит 0,6…0,8 г/м³. Эти расчеты хорошо согласуются с данными анализов на содержание сернистого ангидрида в дымовых газах. На ОАО «Апатит» максимальное содержание SO₂ в дымовых газах по анализам не превышал 0,426 г/нм³.

Более полно обследование по абсорбции сернистого ангидрида проведено на установках ГОУ№7 и ГОУ№8 ОАО «Апатит». Замеры проводились в течение 4-5 месяцев весеннего и осенне-зимнего периода, всего 19 замеров на содержание SO₂ на входе и выходе САВ. Полнота абсорбции сернистого ангидрида, независимо от гидродинамического режима работы САВ составила 98-100%, в большинстве замеров концентрация SO₂ на выходе была равна нулю. На установках газоочистки АО «СЗФК» концентрация диоксида серы на входе в систему газоочистки не определялась, на выходе, после ГОУ содержание сернистого ангидрида не превышало 11…23 мг/м³. Абсорбция проводилась слабощелочным раствором.

Выводы.

Сравнительный анализ работы двух газоочистных установок, предназначенных для очистки дымовых газов сушильных барабанов от апатит-нефелиновой пыли и сернистого ангидрида, на примере АО «СЗФК» и ОАО «Апатит» показал:

• для достижения норм ПДВ, ГОУ должны оснащаться аппаратами, которые обеспечивают высокую полноту очистки и работают в условиях, близких к оптимальным (проектным);
• в промышленном масштабе подтвердилось положение, высказанное ранее [1] при исследованиях аппаратов Вентури: при равных гидродинамических условиях процессы абсорбции газов в скруббере Вентури проходят с большей полнотой, чем улавливание взвешенных частиц;
• целесообразно на финишной стадии использовать САВ с 2-х ярусным орошением, в котором гидродинамический режим в горловинах подбирается так, что обеспечивается как достаточно высокая полнота абсорбции газов, так и эффективная доочистка газа от взвешенных частиц с размером менее 1…0,1 мкм.

1. Скруббер-абсорбер Вентури. Патент РФ на полезную модель №131646, патентообладатель: ООО «Химтехнология».
2. Jhonstone H.E., Roberts M.H. Осаждение частиц аэрозоля из движущихся газовых потоков. “Ind.Eng.Chem”, 1949,v.41,N11, p.2417-2423.