Модернизация системы мокрой очистки топочных газов производства ГХК

ООО «Зиракс», г.Волгоград.
Меркушев С. Г., главный инженер;
Зайцев А. Г., менеджер – технолог

Существующая система очистки топочных газов производства гранулированного хлористого кальция на ООО «Зиракс» состоит из стадии сухой очистки в группе циклонов и двух стадий мокрой очистки в последовательно установленных полой и насадочной башнях с форсуночным орошением, за второй башней установлен дымосос ДН – 17. На напорной линии дымососа перед выхлопной трубой установлен брызгоуловитель циклонного типа.

Цель модернизации – повышение эффективности работы системы газоочистки и достижение санитарных норм по выбросам CaCl₂ в атмосферу.

На рис.1 представлена схема модернизированной системы очистки отходящих газов, предложенная ООО «Химтехнология» и реализованная в корпусе 12 – 71а производства гранулированного хлористого кальция ООО «Зиракс».

Очистка отходящих газов сушилки – гранулятора кипящего слоя, сепаратора охладителя гранул и аппарата погружного горения (АПГ) осуществляется, как и по существующей схеме, в три стадии. Первая стадия – сухая очистка отходящих газов, вторая и третья стадия – мокрая очистка.

Отличие реализованной схемы от прежней в следующем.

Во-первых, на второй и третьей стадиях в качестве аппаратов мокрой очистки установлены скрубберы Вентури СВ1 и СВ2, которые по эффективности значительно превосходят полые и насадочные скрубберы, используемые в настоящее время в системе очистки отходящих топочных газов ООО «Зиракс».

Во-вторых, в качестве орошающей жидкости в скруббере Вентури второй ступени используется 20 % раствор CaCl₂, а исходной средой для системы орошения служит вода, подаваемая в замкнутую циркуляционную систему этого скруббера.

При этом, в соответствии со схемой, отработанная орошающая жидкость передается с регулируемым расходом из бака циркуляционной системы скруббера Вентури СВ2 в бак Б1 циркуляционной системы скруббера Вентури СВ1.

В-третьих, скруббер первой ступени мокрой очистки СВ1 также имеет свою замкнутую систему орошения. В качестве орошающей жидкости в скруббере СВ1 используется 47-49% раствор CaCl₂.

Предполагаемые технические решения позволяют:

• повысить эффективность очистки топочных газов до требуемых норм выбросов в атмосферу;
• исключить выбросы хлористого кальция в канализацию, то есть перейти на безсточный режим работы, по существующей схеме в канализацию сливается 1,5% раствор CaCl₂;
• увеличить производительность установки гранулирования CaCl₂ в существующем производстве.

Модернизация существующей системы очистки топочных газов с набором определенного типа оборудования, установившимся температурным режимом работы аппаратов и гидравлическим сопротивлением системы всегда связана с трудностями в части компоновки вновь устанавливаемого оборудования, с изменением показателей его работы по температурному режиму и гидравлическому сопротивлению. Наиболее существенным ограничением при модернизации системы очистки топочных газов было условие сохранения в схеме существующего дымососа ДН – 17 с производительностью 110 тыс м³/ч и полным напором 6,9 кПа. Поэтому, при проектировании необходимо было принять гидравлические режимы работы устанавливаемых скрубберов Вентури (скруббер СВ1 - с одним ярусом орошения, скруббер СВ2 – с двумя ярусами орошения), которые обеспечили бы требуемую эффективность очистки от CaCl₂, но гидравлическое сопротивление системы газоочистки по газовому тракту с вновь установленными аппаратами стадии мокрой очистки не превышало бы тяго – дутьевые возможности существующего дымососа.

Расчеты материального баланса показали, что газы на входе в первый и второй скрубберы далеки от насыщения и аппараты работают в испарительном режиме. Скрубберы Вентури относятся к эффективным теплообменным аппаратам с непосредственным контактом фаз, который развивается в процессе первичного дробления орошающей жидкости в форсунках и увеличивается при последующем взаимодействии капель с высокоскоростным потоком газа.

Особенностью теплопередачи непосредственным соприкосновением в испарительном режиме является наличие наряду с конвективной передачей физического тепла топочных газов Q_фаз диффузионной передачи теплоты фазового превращения Q_исп от капель жидкости в газ.

Из опыта охлаждения горячих газов в скрубберах Вентури, известно, что при испарительном охлаждении газов процесс приближается к равновесному между газом и жидкостью, то есть близко к температуре адиабатического насыщения или предела охлаждения газа. Разность температур газа и жидкости на выходе из аппарата составляет, в зависимости от гидравлического режима работы трубы Вентури ~ 2…4⁰С.

Здесь надо указать на отличительные особенности орошения скрубберов Вентури 20 и 48 % растворами CaCl_2, которые необходимо учитывать при проектировании аппаратов. Хлористый кальций продукт гигроскопичен с гигроскопической точкой менее 40 - 45%, поэтому упругость паров воды над растворами 20 и 49% CaCl₂ ниже, чем над чистым растворителем (водой) при заданных температурах раствора.

На рис.2 показаны значения парциального давления паров воды над жидкостью орошения при нулевом, 20% и 48% содержанием CaCl₂ в зависимости от температуры.

Рис.2 Зависимость парциального давления паров воды над раствором от температуры при различных концентрациях раствора.

1 – вода; 2 – 20 % раствор хлористого кальция; 3 – 48 % раствор хлористого кальция.

Расчеты показывают, что в первом скруббере СВ1 при орошении не 48% раствором CaCl₂, а водой произошло бы более глубокое охлаждение газа до температуры ≈ 63⁰С при дополнительном испарении в газ ≈ 1000кг/ч воды.

При снижении концентрации орошающего раствора влияние гигроскопических свойств раствора уменьшается.

Пренебрежение в расчетах влиянием гигроскопичности раствора приводит, при высоких концентрациях CaCl₂ в орошающем растворе, к занижению температуры охлаждаемого газа и уменьшению расчетного объема топочных газов, которые фактически не могут быть достигнуты в процессе охлаждения. Как следствие, скруббер Вентури, рассчитанный на определенный гидродинамический режим по скорости газа в горловине и плотности орошения, имеет в процессе эксплуатации повышенное гидравлическое сопротивление, не соответствующее расчётному.

Анализ модернизации мокрой стадии очистки топочных газов в корпусе 12-71а имеет важное значение, так как предполагается аналогичная модернизация системы очистки в корпусе 12 – 201 существующего производства и на двух вновь строящихся установках гранулированного хлористого кальция.

Эффективность модернизации подтверждена замерами концентрации хлористого кальция после системы газоочистки. Выбросы соответствуют нормам ПДВ и не превышают 93 мг/м³ (2,1 г/с).