Process for wet cleaning roast gases

RO 117765 Β

Invenția se referă la un procedeu de curățare umedă a gazelor de ardere, fiind utilizat la eliminarea oxizilor de sulf (SO_X) din efluenții de combustibil, fiind aplicabilă și utilă pentru sistemele de curățare umedă, care folosesc turnuri deschise cu jet de contactare în contracurent, în vederea absorbției oxizilor de sulf din gazele arse efluente și, în special, pentru turnuri cu jet deschise, care funcționează la viteze mari ale gazului, pentru a îmbunătăți controlul dintre particulele lichide și gazul respectiv.

. Este cunoscut un procedeu de curățire, care se bazează pe contactul dintre fluxurile de gaze la viteze mari și particulele lichide, fază urmată de o altă fază de separare a gazului și a lichidului utilizat în procesul de curățire. Procedeul respectiv se aplică în cazul combustiei diferitelor substanțe care conțin sulf (de exemplu, petrolul, cărbunele ș.a.), în urma cărora se produce o mare varietate de oxizi de sulf, cunoscuți sub forma de SO_X. Acest procedeu, pentru tratarea efluienților de combustie, pentru eliminarea la un grad cât mai avansat a SO_X, constă în curățirea umedă, pe bază de piatră de var.

Acest procedeu necesită echipamente foarte mari, iar costurile sunt proporționale cu mărimea echipamentelor utilizate. Pe de altă parte, nu este posibilă utilizarea unor viteze mari de deplasare a gazelor arse. Folosirea unei viteze mari, a gazelor supuse separării de oxizi de sulf, în contracurent cu particulele de lichid, în cazul aplicării procedeului respectiv în turnuri deschise cu jet, are tendința de a produce antrenarea și agravarea problemelor asociate, legate de menținerea dispozitivelor de eliminare a ceții, în condiții normale și de impactul cauzat de particule asupra pereților, asupra acoperișului instalației respective și a altor echipamente utilizate în procesul tehnologic de curățire.

Dispozitivele de eliminare a ceții, care se află contaminate cu diverse impurități, în astfel de procese tehnologice, tind să se blocheze, din cauză că lichidul contaminat cu diverse impurități este suprasaturat cu sulfat de calciu. Pereții separatorului, acoperișul acestuia și celelalte echipamente, care participă efectiv la realizarea procesului de curățire, pot provoca o scădere de presiune prin instalație și pot avea, în mod periodic, drept rezultat, desprinderea unor mari bucăți solide, care conduc la deteriorarea altor echipamente de prelucrare, destul de importante, cum ar fi, de exemplu, capetele de pulverizare, duzele, colierele precum și alte dispozitive care sunt strict necesare procesului de curățire. în plus, corpurile solide, formate din diverse impurități, pot intra în sistemul de prelucrare a lichidului sau nămolului și pot determina blocarea duzelor, cauzând întreruperi nedorite în desfășurarea procesului tehnologic de curățare și deteriorarea ansamblului instalației.

Mai sunt cunoscute procedee de curățare cu turn deschis și o singură trecere, folosind carbonat de calciu pentru a reacționa cu oxizii de sulf. Aceste procedee sunt, adesea, preferate, din cauză că pot utiliza o cădere redusă de presiune și au tendință redusă de a produce acoperirea cu tartru a pereților sau a bloca funcționarea instalației. Avantajele simplificării și siguranței în exploatare au fost, în anumite situații, depășite de gabaritul lor destul de mare, care depinde de reactivitatea nămolurilor de carbonat de calciu, folosite. De exemplu, din cauză că în aceste procedee cunoscute nu se folosesc nici un fel de plăci sau configurații pentru îmbunătățirea contactului dintre efluenți și lichidul de curățire, înălțimile turnurilor sunt, de regulă, destul de mari, fiind necesară utilizarea mai multor niveluri de duze de pulverizare, pentru a asigura un contact cât mai bun între particulele de lichid utilizat și fluxul de gaze supuse curățirii. De asemenea, posibilitatea lichidului de curățare de a absorbi oxizii de sulf din gaze depinde de alcalinitatea disponibilă în lichid, dar solubilitatea carbonatului de calciu descrește cu creșterea alcalinității și, în plus, turnurile au fost dimensionate pentru a avea o înălțime destul de mare, pentru a facilita o bună absorbție a oxizilor de sulf, chiar în condițiile de mare încărcare.

în majoritatea procedelor cunoscute, curățirea umedă a efluenților de combustie, pentru eliminarea oxizilor de sulf, utilizează contactul gaz-lichid, care se realizează într-un număr de configurații diferite.

RO 117765 B

Aceste procedee utilizează turnurile în contracurent și turnurile care folosesc discuri sau panouri. în marea majoritate a acestor procese tehnologice, gazele supuse curățirii se deplasează tot pe verticală, dar sensul de deplasare a lichidului respectiv este invers față de deplasarea fluxului de gaze. Pentru curățire, se folosesc feluriți agenți, dar cei mai preferați au fost acei agenți care pot fi recuperați ușor, la costuri mici, transportați și 55 depozitați în condiții cât mai avantajoase. Carbonatul de calciu (disponibil comercial, sub diferite forme, inclusiv sub forma pietrei de var) este un material destul de mult utilizat, întrucât acest material îndeplinește aceste criterii, iar atunci când se utilizează corespunzător, produce compuși secundari care pot fi ușor depuși ca deșeuri sau valorificați ca produse secundare ca, de exemplu, sub formă de gips. 60

Prezentarea procedeului care utilizează turnuri cu jet în contracurent și o singură trecere sunt descrise în lucrarea “ Incorporating Full Scale Experience Into Advanced Limestone Wet F.G.D. Designa”, prezentată de Rader și Bakke, în septembrie 1991, la forumul IGCI, ținut la Washington. Turnurile deschise cu pulverizare în flux (adică acelea având elemente compacte, platforme sau alte mijloace pentru a îmbunătăți contactul gaz- 65 lichid) sunt simple din punct de vedere constructiv și asigură o desulfurare corespunzătoare a gazelor arse (FGD). în cadrul instalației respective, se face și o eliminare a ceții, în două trepte, aplicând o spălare la partea inferioară și una la vârful instalației de curățire.

în alte lucrări ca, de exemplu, Mist Elimination System Desing and Specification for

FGD Systems, prezentată de Jones, Mc Intush, Lundeen, Rhudy și Bowen, la simpozionul 70 privind controlul oxizilor de sulf, ținut la Boston, ia 26 August 1993, se demonstrează, prin experimentări realizate într-o instalație specială de testare, că la viteze ale gazului, pe verticală, mai mari de 4,5m/s, într-o zonă de pulverizare, gazele respective sunt dificil a fi curățate de ceață, ca urmare a fenomenului denumit spargere”. Spargerea se poate produce atunci când dispozitivul de eliminare a ceții este, efectiv, inundat cu lichid, ca urmare 75 a unei drenări neadecvate a lichidului respectiv. Această spargere se întâlnește la multe dispozitive de eliminare a ceții la diferite viteze ale gazului, în funcție de defectele tipului de dispozitiv utilizat. Totuși, în general, nici un dispozitiv de eliminare a ceții nu dă rezultate corespunzătoare, în curgerea ascendentă a gazului, la viteze mai mari de 4,5m/s și toate aceste dispozitive pot prezenta riscul fenomenului de spargere. 80 în raportul prezentat la 10 iulie 1989, de către Rosenberg și Koch, de la grupul

Central de Coordonare a Controlului Emisiilor de Gaze Aglomerate, din Olanda, se prezintă un mod de eliminare a ceții, la viteze mai mari de 4,5m/s. Construcția respectivă se bazează pe un dispozitiv de eliminare a ceții, cu flux orizontal, orientat circumferențial, în jurul de deasupra zonei de împrăștiere în flux vertical. Nămolul antrenat de la zona de pulverizare 85 trebuie să se deplaseze în sus, apoi să facă ocolul radial în afară, pentru a trece prin dispozitivul de eliminare a ceții. Acest dispozitiv funcționează la o viteză periferică mult mai redusă decât în zona de pulverizare a turnului, adică 20% din viteza gazului respectiv. în continuare, porțiunile superioare ale dispozitivului de eliminare a ceții sunt sub-utilizate, în timp ce zonele inferioare, cele mai apropiate de zona de împrăștiere, manipulează cea mai 90 mare parte a gazelor arse și a nămolului antrenat.

O astfel de instalație pentru aplicarea procedeului respectiv este costisitoare și greu de întreținut. Impactul dintre particulele de nămol și suprafețele din amonte și din aval, ale dispozitivelor de eliminare a ceții, au efecte nedorite asupra bunei funcționări a întregii instalații. Picăturile care au suferit loviturile de pereții dispozitivului respectiv și care nu sunt 95 spălate sau acumulate sub acțiunea greutății proprii, vor forma depozite de tatru, întrucât ionii de calciu dizolvat vor precipita cu sulfitul absorbit și oxidat în sulfat. Aceste depozite de tartru gipsat au tendința de a se autoacumula, crescând într-un ritm apreciabil, până când forțele mecanice sau greutatea proprie vor determina ruperea și desprinderea lor. Acest aspect este nedorit, căci, în final, poate afecta buna funcționare sau poate determina 100 distrungeri serioase în interiorul turnului de pulverizare și ale altor echipamente.

RO 117765 B în cazul procedeului de curățare în contracurent, în turnurile deschise, lichidul de curățire, pe bază de carbonat de calciu, se deplasează în josm în timp ce efluentul încărcat cu oxizi de sulf se deplasează în sus. Aceste fluide implică valori determinate pentru un domeniu de parametri incluzând viteza gazului absorbant (cu un minim de 2 până la 4,5m/s), indicând că viteza gazului absorbant are o influență mai mică asupra raportului lichid/gaz (L/G) - un factor foarte important atât în cheltuielile de reparații capitale, cât și de exploatare, înălțimea zonei de contact prin pulverizare nu este dată, în cazul acestor turnuri, dar valorile tipice vor fi de ordinul a 6...15m, considerate ca fiind un factor important în construirea unui sistem eficient, care poate elimina singur cel puțin 95% din oxizii de sulf, ce se găsesc în efluenții de combustie.

Oxizii de sulf, în principal SO, sunt absorbiți în nămolul de curățare coborâtor și colector, într-un rezervor de reacție, unde se formează sulfitul de calciu și sulfatul de calciu, în mod practic, în rezervorul de reacție se introduce o anumită cantitate de oxigen, pentru a forța producerea sulfatului de calciu. Odată ce cristalele de sulfat au crescut la o dimensiune suficientă, ele sunt separate de nămol, în rezervorul de reacție. Aceste turnuri de curățare sunt relativ economice pentru exploatare, dar dimensiunea și costul rezultat pot fi un factor ce limitează utilitatea curățitoarelor de acest gen în centralele existente.

Tot în cazul procedeelor de curățare este cunoscută utilizarea căldurii gazelor arse de intrare, pentru reîncărcarea gazelor arse desulfurate, după curățare și înainte de evacuarea lor la coș, în afară de cazul când această curățare se poate realiza, până va fi evidentă, iar orice componente de obstrucție rămase nu se vor dezvolta și dispersa așa cum se dorește. La procedeele care folosesc turnuri de curățare foarte înalte, adesea, se utilizează un schimbător de căldură gaz-gaz, rotativ, amplasat în poziție orizontală, ce se rotește în jurul unei axe verticale. Ansamblul schimbătorului se amplifică într-o zonă convenabilă, iar tubulatura este astfel configurată, încât aduce ambele fluxului de gaz spre aceasta și în afara ei.

Orientarea pe orizontală necesită un volum apreciabil de tubulatură pentru interconectarea reîncălzitorului și a turnului de curățire, iar din cauza caracterului corosiv al gazelor, tubulatura trebuie confecționată din materiale care nu pot fi corodate de gazele respective, ceea ce va duce la mărirea prețului de cost.

în brevetul US 5215672, este prezentat un procedeu ale cărui faze sunt realizate cu un hidrociclon, ca dispozitiv de separare primară. în acest caz, după separarea fluxului de solide fine de fluxul de solide reziduale, bogat în gips, apa, ca parte integrantă a unui flux de particule fine îngroșate, este reprezentată pe cel puțin o parte a particulele fine eliminate.

Procedeele menționate nu dau indicații asupra modului cum poate fi folosit un hidrociclon de acest tip, pentru a reduce înălțimea turnului și a permite reîncălzitorului să fie orientat pentru a ocupa un spațiu cât mai redus și a necesita o tubulatură de interconectare cât mai redusă.

în stadiul tehnicii nu se fac referiri directe la obținerea unor dimensiuni reduse ale turnului de curățare și ale spațiului reîncălzitorului, în contextul utilizării curățitoarelor umede, cu turn deschis, cu o singură trecere și utilizând piatră de var, pentru reducerea oxizilor de sulf.

Problema care apare, în cazul procedeelor de curățare umedă a gazelor rezultate la arderea diferiților combustibili, utilizând un turn deschis cu o singură trecere și carbonat de calciu pentru tratarea efluenților respectivi, care conțin oxizi de sulf, constă, pe de o parte, în mărirea vitezei de deplasare a curentului gazos precum și reducerea spațiului în care are loc procesul efectiv de curățire, iar pe de altă parte, este evidentă depunerea, pe elementele componente ale instalației și prevederea de posibilități de eliminare a ceții, care se formează în timpul procedeului de curățire.

RO 117765 Β

Un prim obiect al invenției este de a îmbunătăți aspectul și amplasarea separatoarelor de antrenare, instalate în amonte de aparatele de eliminare a ceții.

Un alt obiect al prezentei invenții este de a îmbunătăți aspectul și amplasarea separatoarelor de antrenare în curățitoarele umede cu o singură trecere, cu turn deschis și utilizând piatră de var, în contracurent, pentru a permite eliminarea eficientă a particulelor 155 de lichid antrenate de gazele ce se deplasează pe verticală cu mare viteză.

încă un obiect al invenției este de a îmbunătăți aspectul și amplasarea separatoarelor de antrenare din curățitoarele umede cu turn deschis, cu o singură trecere și utilizând cu piatră de var în contracurent, pentru a permite eliminarea eficientă a particulelor de lichid antrenate de gazele care se deplasează pe verticală cu mare viteză și pentru a schimba 160 direcția de curgere în afara acoperișului turnului de curățire.

încă un obiect specific al invenției este de a permite creșterea capacității și performanței curățitoare cu turn deschis cu o singură trecere și utilizând piatra de var în contracurent, prin creșterea vitezei gazului ce trece prin el, fără a întâmpina căderi mari de presiune la operația de eliminare a ceții, o acoperire excesivă cu tartru a pereților cură- 165 țitorului și, în special, a acoperișului, evitarea blocării separatorului de antrenare și evitarea spargerii particulelor din dispozitivul de eliminare a ceții.

încă un obiect al prezentei invenții este de a permite creșterea capacității și performanței curățitoarelor umede, cu turn deschis și utilizând piatra de var, în contracurent, prin creșterea vitezei gazului care circulă prin acesta, schimbând direcția de deplasare a 170 gazului spre un dispozitiv final de eliminare a ceții cu flux orizontal și stabilind un profil de viteză, relativ uniform, a gazului ce intră în acest dispozitiv final de eliminare a ceții.

Un alt obiect specific al invenției este de a reduce dimensiunile și spațiul curățitoarelor umede cu piatra de var, în contracurent, utilizând un turn deschis și cu o singură trecere pentru eliminarea oxizilor de sulf din efluenții supuși procesului de curățare și de a 175 asigura efecte îmbunătățite.

încă un obiect al invenției este îmbunătățirea funcționării curățitoarelor umede cu piatră de var, în contracurent, cu turn deschis și cu o singură trecere, prin reducerea necesarului de tubulatură pentru interconectare și reîncălzirea gazului convențional ars și asigurarea unei îmbunătățiri generale a eficienței procedeului. 180

Problema a fost rezolvată, prin intermediul unui procedeu de curățare umedă, în special, curățirea umedă a efluenților gazoși, rezultați de la combustia combustibililor care au un conținut ridicat de sulf, cum ar fi cărbunele și deșeurile solide.

Procedeul constă din introducerea unui flux de particule fin divizate, de nămol apos de carbonat de calciu, sulfat de calciu, sulfit de calciu și alte substanțe solide, nereactive, 185 pentru a intra în contact cu gazele rezultate din arderea combustibililor respectivi, într-o zonă de curățire, care are o poziție verticală, nămolul având direcția de deplasare pe verticală, ' coborând prin turnul de curățire, în contracurent cu fluxul de gaze rezultate din ardere. Nămolul respectiv este colectat, la partea inferioară, ca un lichid, după ce a avut loc contactul dintre nămolul respectiv și gazele supuse procesului tehnologic de curățire. Trecerea 190 gazului rezultat în urma arderii materiilor respective se face printr-un separator de antrenare, cu o singură trecere, poziționat deasupra și transversal pe zona verticală de curățire, la un unghi corespunzător pentru reducerea cantității de particule antrenate de gazul aflat în deplasare ascendentă și schimbarea direcției de deplasare a fluxului de gaze supuse curățirii. ₁₉₅

Separatorul de antrenare este, de preferință, eficace pentru reducerea cantității de particule cu cel puțin 40% și pentru a schimba, totodată, direcția de deplasare a fluxului de gaze arse cu cel puțin 45° față de axa verticală a turnului. Fluxul de gaze supuse curățirii este trecut apoi printr-un dispozitiv de eliminare a ceții, având, de această dată, o direcție

RO 117765 B

200 orizontală de deplasare, dispozitivul de eliminare a cetii fiind amplasat în aval de separatorul de antrenare.

în varianta perfectă a procedeului de curățare umedă, folosind piatra de var, în cazul utilizării unui turn deschis și cu o singură trecere, viteza gazului, în general sau din zona verticală de curățire, este mai mare de aproximativ 4,5 m/s. Preferabil, separatorul de 205 antrenare este orientat, în turnul de curățire, la un unghi față de orizontală, cuprins între 10° și aproximativ 45°, determinând, totodată, o cădere de presiune mai mică, aspect care duce la eliminarea a încă cel puțin 40% din particule , concomitent cu consolidarea unei porțiuni substanțiale din particulele rămase în fracțiuni de dimensiuni mai mari, ce pot fi ușor îndepărtate, cu ajutorul dispozitivului de eliminare a ceții cu curgere orizontală amplasat în 210 aval.

^:/ Forma preferată a separatorului de antrenare, în cazul acestui procedeu de curățire, este cel prevăzut cu palete cu o singură trecere, pentru a colecta picăturile, ca urmare a impactului acestora cu suprafețele paletelor respective și de a schimba direcția de curgere a fluxului de gaze arse, într-o direcție mai avantajoasă, în vederea eliminării, în continuare, 215 a ceții. Paletele individuale sunt menținute în poziție paralelă una cu celalaltă, în fiecare din multitudinea de ansambluri de palete utilizate, aralele individuale de 45°...55° față de verticală. Practic, paletele individuale sunt piese sub forma unui paralelogram, având latura mică de la aproximativ 15 cm la aproximativ 23 cm, iar latura mare este cuprinsă în domeniul de la 60 până la 150 cm. De asemenea, practic, distanța dintre paletele individuale va fi, de 220 regulă, aproximativ 40% până la aproximativ 70% din lungimea laturii mici a paletelor.

Preferabil, mai multe ansambluri de palete individuale sunt orientate la un unghi cuprins în domeniul de la aproximativ 120° la aproximativ 150° unul față de altul, având forma de tresă.

Paletele sunt, periodic, spălate cu ajutorul unor jeturi de apă de spălare, orientate direct pe suprafața acestor palete atât de jos în sus, cât și de sus în jos.

225 Un aspect propriu-zis al invenției constă în transferarea căldurii remanente a gazelor cu conținut ridicat de oxizi de sulf, prin dirijarea gazelor respective, spre o intrare de la partea inferioară a unui schimbător de căldură rotativ, cu poziție verticală, având un arbore de antrenare cu poziție orizontală. Schimbătorul de căldură este alcătuit din două părți, una superioară și una inferioară, fiecare din aceste părți fiind prevăzută cu intrări și ieșiri pentru 230 gazele de la care se preia căldura. Schimbătorul de căldură mai are un rotor cu o suprafață periferică de schimb de căldură și cu o axă de rotație orizontală, pentru a permite suprafeței de schimb de căldură a rotorului respectiv să se deplaseze într-un plan vertical, între părțile componente ale schimbătorului de căldură.

Dirijarea gazelor rezultate din arderea combustibilor care conțin sulf este realizată 235 de așa manieră, încât gazele respective se deplasează pe verticală, de jos în sus, prin turnul de curățire, având o zonă de contact prin pulverizarea înaltă de mai puțin de 6 m înălțime, în continuarea acestei faze, urmează faza de introducere a unui jet împrăștiat de nămol apos, alcătuit din carbonat de calciu, fin divizat, sulfat de calciu, sulfit de calciu și materii solide nereactive, care coboară prin intermediul turnului de curățire, în contracurent cu fluxul 240 de gaze arse supuse procesului de îndepărtare a oxizilor de sulf, în vederea obținerii unui gaz curat. Procedeul continuă cu eliminarea, aproape în totalitate, a ceții antrenate de gazele arse și cu dirijarea fluxului de gaze arse, spre evacuare pe la partea superioară a turnului de curățare spre intrarea schimbătorului de căldură pentru a transforma căldura conținută de gazele arse, cu conținut ridicat de oxizi de sulf, spre gazele arse curate.

245 Instalația de curățire, utilizată în cazul aplicării procedeului conform invenției, cuprinde un schimbător de căldură, având o parte superioară și o parte inferioară, fiecare din aceste părți fiind prevăzută cu intrări și ieșiri pentru gazele arse și un schimbător de căldură cu rotor, prevăzut cu o suprafață periferică de schimb de căldură și cu o axă de

RO 117765 B rotație orizontală, pentru a permite suprafeței de schimb de căldură a rotorului să se deplaseze într-un plan vertical, între cele două părți componente ale schimbătorului 250 respectiv. Instalația mai cuprinde un turn de curățire, care are o conductă de intrare a gazului, o conductă de ieșire a gazului și o parte verticală în care se realizează curățirea efectivă a gazelor arse, înălțimea zonei de contact între gazele arse și mediul lichid, sub formă de jet pulverizat, fiind mai mică de 6 m. Instalația mai cuprinde un aranjament de dispozitive de pulverizare cu jet, amplasate în partea de curățare a instalației. Acest 255 ansamblu de dispozitive are rolul de a introduce un jet de amestec apos, de carbonat de calciu, fin divizat, sulfat de calciu, sulfit de calciu și alte materii solide nereactive, în zona destinată curățirii, jet a cărui direcție de deplasare este de sus in jos, în contracurent cu fluxul de gaze arse. Tot în cadrul instalației respective se mai află unul sau mai multe separatoare de antrenare și/sau dispozitive destinate eliminării ceții, aproape în întregime, 260 niște conducte pentru trecerea gazelor arse, cu conținut ridicat de SO_X, prin intrarea de la partea inferioară a schimbătorului de căldură rotativ și prin ieșirea acestui schimbător de căldură, precum și niște mijloace pentru dirijarea gazelor arse, de la partera superioară a turnului de curățare spre intrarea schimbătorului de căldură, în vederea transferului caloric de la gazele arse, cu conținut de SO_X și dirijarea lor spre gazele arse curățate și în afara 265 instalației, printr-o ieșire special amenajată.

Procedeu, conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- permite mărirea vitezei de deplasare a gazelor supuse operației de curățire;

- nu necesită mărirea spațiului și a dimensiunilor secțiunii turnului unde are loc curățirea;270

- permite eliminarea, aproape în întregime, a ceții;

- evită depunerea de tartru pe pereții interiori ai turnului de curățire;

- permite o curățare corespunzătoare a gazelor de ardere;

- permite realizarea unor viteze mari de deplasare a gazelor arse, prin intermediul turnului de curățire.275

Invenția va fi prezentată, în continuare, în legătură și cu fig. 1...6, care reprezintă:

- fig. 1, secțiune în plan vertical, prin turnul de curățire;

- fig. 2, vedere în perspectivă, a separatorului de antrenare;

- fig. 3, vedere în perspectivă, a separatorului de antrenare, în altă variantă de realizare;280

- fig. 4, schema funcțională a instalației de curățire;

- fig. 5, secțiune în plan vertical, prin ansamblul de duze de pulverizare;

- fig. 6, vedere în plan orizontal, a ansamblului de duze de pulverizare.

Procedeul conform invenției constă din curățirea, pe cale umedă, a gazelor cu conținut ridicat de SO_X rezultate din procesul de ardere a combustibililor, utilizând var trecut ' 285 în contracurent cu gazele supuse curățirii într-un turn deschis, având o singură trecere, pentru eliminarea oxizilor de sulf și, în principal, a bioxidului de sulf, din efluenții de combustie. Procedeul poate fi utilizat, de asemenea, în condiții bune și în cazul altor combinații gaz-lichid sau la alte tipuri de curățitoare.

Gazele de ardere, rezultate de la arderea combustibilului la un cazan industrial pe 290 cărbune, sau de utilitate publică, conform figurii 4, intră, prin intermediul unei conducte 20, într-un turn de curățare umedă 100. Fluxul de gaze se deplasează, pe verticală, printr-o zonă verticală de curățare 110 a curățitorului 100, în contracurent cu un jet de nămol apos, care conține var, fin divizat, jet creat de un ansamblu de conducte de alimentare 112, 112', 112” pentru niște duze de pulverizare 114, așa cum este prezentat în fig. 5, 6. Jetul de nămol 295 apos este spart în particule, în interiorul turnului de curățare 100. Vitezele globale ale

RO 117765 Β gazului, în cazul procedeului conform invenției, sunt mai mari de 4,5m/s; de preferință, vitezele respective sunt cuprinse între 5 și 6m/s.

Aceste viteze, dacă sunt aplicate în cazul procedeelor cunoscute, care utilizează turn deschis și cu o singură trecere, sunt necorespunzătoare, pentru că ele facilitează trecerea gazelor arse cu cantități reduse de nămol apos, adică raportul lichid-gaz (L-G) are valori mici.

Piatra de var preferată este sub formă de carbonat de calciu, dar poate fi înlocuită cu alte forme similare, dacă este de dorit. în plus, față de piatra de var mai pot fi folosiți și alți carbonați de calciu ca, de exemplu, cochilii de scoici, aragonită, calcita creta, marmura, marna și travertinul. Aceste materii prime pot fi utilizate ca atare sau pot fi fabricate prin felurite procedee industriale. Piatra de var este fin divizată, de preferință, până la o dimensiune medie de particulă gravimetrică mai mică de 8μ.

Oxizii de sulf din efluenții de ardere sunt absorbiți de către nămol și reacționează cu calciul disponibil, pentru a forma sulfat de calciu. Reacția are loc, într-o oarecare măsură, între particule aflate în cădere, dar se produce, în principal, într-un rezervor de reacție 120, care colectează nămolul.

Efluentul curent trece printr-un separator de antrenare 130, în cadrul căruia este eliminată o parte însemnată de particule antrenate și unde fluxul de efluent își schimbă direcția de deplasare.

Deplasarea fluxului de efluent este schimbată dintr-o direcție de deplasare pe verticală, într-o direcție de deplasare apropiată, orizontală; această schimbare de direcție are mai multe avantaje, prin faptul că se realizează un impact cu o viteză mai redusă a nămolului cu acoperișul 102 al turnului de curățare 100. De asemenea, turnul de curățire, în ansamblu său, permite utilizarea unor viteze mari de deplasare a efluentului, cu eficiență sporită în etapa de eliminare a cetii, la trecerea printr-un dispozitiv 140. Vitezele mari ale gazelor arse în zona verticală 110 a turnului de curățare 100 au avantajul că fluidizează mai bine particulele de nămol, conferind fiecărei particule un timp de control mai mare cu efluentul la o înălțime dată a turnului de curățare 100. Efluentul curent și eliberat de ceață poate fi evacuat prin intermediul unei conducte de evacuare 150. La vitezele mari, dorite, de deplasare a gazelor, pentru îmbunătățirera procesului de desulfurare, se pot întâlni probleme de formare a unei cruste pe acoiperișul 102 al turnului de curățare 100 și pe elementele dispozitivului 140 de îndepărtare a cetii, de construcție cunoscută, dacă nu se iau măsurile preconizate de prevedere în conformitate cu precizările din procedeul conform invenției. Crusta de acoperire se poate produce atunci când nămolul lichid se poate aglomera și nu este spălat sau drenat de pe suprafețele pe care s-a depus. Nămolul antrenat poate deveni rapid suprasaturat cu sulfat de calciu, precipitând, transformându-se într-un depozit de tartru de gips care poate crește, producând o crustă aderentă pe suprafețele pe care s-a depus. Atunci când crusta formată are o grosime suficient de mare, aceasta poate provoca scăderea de presiune la partea de ieșire, aspect care duce la spargerea acestei cruste și căderea, în interiorul turnului, a unor bucăți mari, care pot provoca distrugerea unor duze sau a elementelor suport, sau căderea prin acest turn în rezervorul de reacție 120, unde astfel de depuneri pot fi transportate de pompa de recirculare, spre conductele de alimentare 112, 112', 112, determinând blocarea duzelor de pulverizare 114.

Folosirea unor elemente de eliminare a ceții, mai eficiente, în locul unui separator de antrenare, poate fi considerată o soluție eficientă; totuși, din motivele prezentate anterior, elementele de eliminare a ceții sunt aproape ineficiente, la vitezele gazelor arse cuprinse între 4,5 și 6 m/s. Fără folosirea fazelor procedeului conform invenției, practicarea unor viteze mai mari nu este recomandată, din cauza formării depozitelor de tartru pe acoperișul 102.

RO 117765 Β

S-ar putea afirma că simpla spălare a acoperișului 102 și a suprafețelor expuse, cu apă proaspătă, ar fi adecvată pentru prevenirea depunerilor, fără folosirea procedeului conform invenției; totuși, în timp ce acest aspect ar putea fi aplicabil, procedeul conform invenției prezintă și alte avantaje care nu se pot obține prin spălare a suprafețelor expuse ale turnului de curățare 100. Folosirea invenției oferă, simultan, și alte avantaje, fără a face necesară 350 spălarea suprafețelor expuse.

în cadrul instalației pentru aplicarea procedeului conform invenției, s-a prevăzut un separator de antrenare 130, cu o singură trecere, poziționat transversal pe partea verticală de curățare 110, Construcția și amplasarea separatorului de antrenare 130 sunt eficace în reducerea cantității de particule umede și în schimbarea direcției de deplasare a fluxului de 355 gaze arse, de la o deplasare pe verticală la o deplasare, efectiv, pe orizontală, spre dispozitivul 140 de eliminare a ceții, de mare eficiență.

Separatorul de antrenare 130, prezentat în fig. 2, este înclinat la un unghi 6 a cărui valoare este cuprinsă între 10°și 45° și are, în componența lui, niște palete 132 pentru colectarea particulelor prin lovire și pentru schimbarea direcției de deplasare a gazelor arse, 360 din una verticală, pe o direcție orizontală, pentru eliminarea, în continuare, a ceții și, de preferință, în evitarea producerii unui impact direct cu acoperișul 102 al turnului de curățare umedă 100. Paletele individuale 132 sunt montate în niște cadre-suport 133, formând niște ansambluri 134,134', 134”‘ etc. Așa cum sunt prezentate în fig. 2, ansamblurile respective 134, 134'... sunt alcătuite din mai multe palete 132, dar numărul lor real, per ansamblu, 365 variază în funcție de greutatea dorită a fiecărui ansamblu 134,134' etc., în așa fel încât una sau două persoane de întreținere să poată ușor demonta ansamblul respectiv. De regulă, trei sau patru palete 132 formează un ansamblu 134, 134'.,. Ansamblurile 134, 134'... sunt aranjate adiacent, pentru a alcătui întregul aranjament al separatorului de antrenare 130.

Marginile inferioare ale cadrelor 132 definesc o suprafață 135 a ansamblurilor 134 370 etc. Paletele individuale 132 fac, între ele, un unghi δ față de verticală. Distanța între paletele individuale 132 va fi, de regulă, de la circa 40 la circa 70% din lungimea laturii mici a paletelor individuale 132. Unghiul δ va fi, de preferință, cuprins între aproximativ 35° și aproximativ 55°, valoarea optimă a acestui unghi depinzând de gradul dorit al direcției de curgere a fluxului de efluent. 375

Ansamblurile 134... etc. sunt constituite și orientate în așa fel, încât realizează un drenaj bun. Ansamblurile individuale 134... etc. sunt, de preferință, orientate la un unghi Θ a cărui valoare, de regulă, este cuprinsă în domeniul de la 120° la aproximativ 150°; de preferință, acest unghi are valorile cuprinse între 125° și 145°, de regulă, fiind de 140°.

Structura separatorului de antrenare 130 este sprijinită pe niște elemente 136 care 380 se extind pe lungimea fiecăruia din ansamblurile 134 corespondente. Sunt posibile și alte aranjamente de structuri de sprijin, în funcție de dotările tehnice avute la dispoziție.

Turnul de curățare 100, care în fig. 1 prezintă o secțiune dreptunghiulară, va avea, de regulă, o secțiune transversală circulară, iar ansamblurile de lângă pereți urmează a fi formate corespunzător. 385

Structura separatorului de antrenare 130 permite spălarea directă, prin contact, a paletelor individuale 132 cu ajutorul unor capete de spălare 138, capabile să realizeze pulverizarea și orientarea corespunzătoare a apei de spălat, direct pe paletele individuale 132 atât pe la partea superioară, cât și pe la partea inferioară a acestor ansambluri de palete 132. Spălarea se face, de regulă, prin acționarea fiecărui cap de spălare 137 separat, pu- 390 tând fi adoptate și alte scheme de spălare, după dorință. De exemplu, va fi mai convenabil să se acționeze două capete de spălare 137 simultan. Apa de spălare trebuie să fie de calitatea cerută și se va folosi în cantitate necesară, pentru a reduce corespunzător

RO 117765 B

395

400

405

410

415

420

425

430

435

440 cantitatea de săruri, dizolvate pe suprafețele separatorului de antrenare 130. Debitele de apă necesare, în cazul utilizării unui singur cap de spălare 137, pot varia de la aproximativ 16 l/min la 60 l/min și metru pătrat de suprafață. în același domeniu de valori se includ și debitele apei de spălare, utilizată la spălarea părții de sus a separatorului de antrenare 130. Aceste debite vor fi cu puțin mai mici când se spală partea inferioară a separatorului de antrenare 130. Este preferabil ca spălarea părților inferioare și superioare ale separatorului de antrenare 130 să fie o operație de rutină, pentru a preveni formarea de depozite de gips, împreună cu o drenare bună, conferită de aranjamentul sub formă de tresă al ansamblurilor 134, etc. folosirea unei ape de spălare de bună calitate și aplicarea unei spălări frecvente, conferă, în mod practic, o funcționare a instalației, fără formarea de depuneri. Totuși, periodicitatea operațiilor de spălare și calitatea apei pot varia funcție de necesitățile procesului de desulfurare a gazelor arse.

Este o caracteristică a procedeului conform invenției, ca eficacitatea separatorului de antrenare 130 să nu necesite a fi la fel de mare precum cea a separatoarelor cu treceri multiple, folosite în stadiul tehnicii, din cauză că posibilitatea de a redirecționa fluxul de gaze arse, de la o direcție de deplasare pe verticală la o direcție de deplasare pe orizontală, permite utilizarea unui dispozitiv 140 de eliminare a ceții cu curgere orizontală și de mare eficiență. Astfel, chiar dacă eficiența de eliminare, prin antrenare, este mai mică decât ar putea fi considerată nesatisfăcătoare pentru turnurile de curățare umedă, separatorul de antrenare produce o cădere de presiune destul de pronunțată, de exemplu, mai mică de 2,54 mm coloană apă, reduce sau consolidează până la 40% din particulele mai mici de 100μ și are alte avantaje în ceea ce privește gradul de curățire, drenajul, ușurința întreținerii, rugozitatea, direcția fluxului de gaze arse pe suprafața peretelui superior și suprafețele acoperișului și orientarea relativ uniformă a fluxului de gaze arse, spre dispozitivul de eliminare a ceții 140 de înaltă eficiență, având poziție de curgere orientată pe orizontală. Dispozitivul 140 pentru eliminarea ceții este, de preferință, de tipul cu șicane, adică unul cu șicane în zig-zag, cunoscut în stadiul tehnicii.

Separatorul de antrenare 334, într-o altă variantă de realizare, prezentat în fig. 3, prezintă un singur ansamblu de palete 332 aranjate pe diagonala unui cadru suport 333. Paletele 332 sunt orientate la un unghi a în raport cu laturile cadrului suport 333 și la un unghi similar față de verticală. Valorile acestui unghi a sunt cuprinse între 15° și 40°, de preferință acest unghi are valoarea de 20°.

Este important de observat că ansamblurile de palete 333, prezentate în fig. 3, nu sunt în formă de tresă ci, mai degrabă, au niște configurații sub formă plată, fiind amplasate între elementele de sprijin 136.

Drenarea este facilitată de forțele de gravitație, ce acționează asupra particulelor capturate pe calea de drenare permisă de unghiurile a și a.

în timpul funcționării, așa cum se prezintă în fig. 4, în cazul procedeului de curățare umedă, se utilizează var în contracurent cu fluxul de gaze arse, ce se deplasează de jos în sus, într-un turn de curățare cu o singură trecere, pentru eliminarea oxizlor de sulf și, în special, a bioxidului de sulf din efluenții produși la arderea combustibililor care conțin mari cantități de suif. Efluentul, după ce a fost supus unei operații de spălare, într-un dispozitiv electrostatic sau într-un filtru (nereprezentate), pentru eliminarea solidelor antrenate, este trecut printr-o conductă 421 spre un schimbător de căldură 431, care are o parte inferioară 432 și o parte superioară 433. Ambele părți 432 și 433 ale acestui schimbător de căldură 431 sunt prevăzute cu niște intrări 434, respectiv 437, și cu niște ieșiri corespunzătoare 435, 436. Gazele arse, relativ fierbinți, cu temperatura cuprinsă între 420 și aproximativ 175°C, încălzesc un rotor 438, reprezentat prin linie întreruptă, al schimbătorului de căldură 431,

RO 117765 B rotor 438 care este prevăzut cu o suprafață periferică de schimb de căldură. Rotorul 438 se rotește în jurul unei axe orizontale de rotație 439, pentru a permite suprafeței de schimb de căldură a rotorului respectiv 438 să se deplaseze într-un plan vertical, între părțile superioare 433 și inferioare 432 ale schimbătorului de căldură 431. Căldura preluată de la gazele arse, 445 care intră în acest schimbător de căldură 431, se folosește în acest mod pentru a reîncălzi gazele arse curățate, care pătrund în partea superioară 433, prin intrarea 437 și sunt evacuate prin ieșirea 436 spre un loc de depozitare, prin intermediul unei conducte 422.

Gazele arse, la părăsirea ieșirii 435 de la partea inferioară 432, conținând SO_X, sunt dirijate prin conducta 20 la turnul de curățare 100, unde deplasarea acestuia se produce de 450 jos în sus, într-un contra-curent cu un flux de nămol apos, care conține piatră de var, fin divizată, flux care este descărcat în zona verticală de curățare 110 a turnului de curățare 100, unde sunt amplasate conductele de alimentare 112, 112’, 112” ale duzelor de pulverizare 114. Gazele arse, din zona verticală de curățare 110 trec în conducta de evacuare 420. Turnul de curățare 100 este configurat pentru a dirija fluxul de gaze arse în sus, prin 455 zona de curățare verticală 110. Nămolul de curățire, ce coboară prin această zonă de curățare 110, este colectat în spațiul de reacție 120 aflat la partea inferioară a turnului de curățare 100. înălțimea totală a zonei de contact cu jetul pulverizat 411, în zona de curățare 110, este mai mică de 6m.

Piatra de var, în forma perferată, așa cum s-a precizat anterior, este carbonatul de 460 calciu, dar acesta poate fi înlocuit cu alte forme, dacă acest lucru este de dorit. în plus, față de piatra de var utilizată, se pot utiliza și alte forme de carbonat de calciu ca, de exemplu, cochilii de scoici, aragonita, calcita, creta, marmura, marna și travertin. Aceste, materiale pot fi exploatate prin minerit sau pot fi preparate industrial.

Piatra de var este fin divizată, de preferință, prin măcinare, pentru a se obține un 465 diametru mediu gravimetric al particulelor de aproximativ 10μ, de preferat de 8μ sau mai puțin, cu 99% din particule, în greutate, cu un diametru mai mic de 44μ. în comparație cu procedeele de curățare din stadiul tehnicii, este de observat că particulele obținute la măcinare vor avea un diametru mediu în greutate, de mai puțin 6μ, cu 99,5% dintre particule având mai puțin de 44μ. Folosirea unor produse măcinate, având aceste dimensiuni, 470 prezintă mai multe avantaje, în special, când nămolul din rezervorul de reacție 120 este prelucrat printr-un hidrociclon, pentru a permite îndepărtarea gipsului și concentratului de carbonat de calciu, sub formă de particule chiar mai fine.

Zona de curățare verticală 110, așa cum s-a descris anterior, conține un aranjament de mijloace de pulverizare pentru a realiza un jet sub formă pulverizată dintr-un nămol apos 475 de carbonat de calciu fin divizat, care conține sulfat de calciu, sulfit de calciu și alte solide nereactive, pentru a coborî printr-un turn, în contracurent cu fluxul de gaze arse. în fig. 4, este prezentat un ansamblu de duze. Conductele de alimentare 112... etc, pentru duzele de pulverizare 114, sunt aranjate, de preferință, cu un spațiu între aceste conducte 112... de mai puțin 2m și cu direcția de curgere din duzele 114 adiacente, alterând între ascendent 480 și descendent. Prin reducerea numărului de niveluri de duze de pulverizare, care să funcționeze permanent (de preferință două niveluri) și crescând debitul fluxului de gaze ascendent prin zona de curățare 110, este posibil să se mențină înălțimea turnului de curățire, în zona de contact cu jetul, la mai puțin de 6m, de preferință, în domeniul de la aproximativ 4m până la 6m, distanță măsurată de la vârful conductei de intrare la partea 485 inferioară a separatorului de antrenare 130 și notată cu litera H în fig. 4.

Rezervorul de reacție 120 este amplasat sub ansamblul de conducte 112,112', 112 ale duzelor de pulverizare 114 pentru a permite colectarea nămolului după o perioadă de contact cu fluxul de gaze de ardere în zona de contact 411 cu jetul de fluid pulverizat.

RO 117765 B

490 Acest rezervor de reacție 120 are o mărime adecvată, pentru a permite reacția dintre SO₂, dizolvat și oxigenul, de asemenea, în starea dizolvată, pentru a forma un sulfat care, ulterior, reacționează cu ionii de calciu, în scopul formării cristalelor de gips, având un diametru mediu de cel puțin două ori, de preferință, de la cinci ori la zece ori mai mare decât particulele de carbonat de calciu adăugate.

495 Ca urmare a diferenței de dimensiune de particule între carbonatul de calciu și gips și datorită existenței mijloacelor pentru separarea gipsului și concentrarea carbonatului de calciu așa cum va fi prezentat, în detaliu, în continuare, concentrația în materii solide a carbonatului de calciu poate fi mărită cu aproximativ de la 20% până la 50% peste concentrațiile ce se pot atinge în variantele de procedeu în contracurent, din stadiul tehnicii.

500 încă un avantaj al procedeului conform invenției constă în faptul că nămolul va avea o rație stoechiometrică mai mare a raportului calciu/sulf decât în cazul procedeelor cunoscute în stadiul tehnicii, de regulă, mai mare de cel puțin 1,3 ori și de preferință, de aproximativ 1,4 ^on·

W Oxizi! de sulf din efluent sunt absorbiti în faza lichidă a nămolului, în zona verticală

505 de curățare 110, și reacționează cu substanțele alcaline disponibile sub formă de ioni de hidroxid, pentru a forma bisulfitul care poate fi, parțial, oxidat în zona de curățare 110 și aproape în întregime oxidat în spațiul de reacție 120 pentru a forma sulfatul respectiv. Un flux de oxigen, așa cum, de regulă, se practică în acest domeniu, se folosește, de preferință, - pentru a asigura o reacție suficientă, deși o anumită cantitate de oxigen poate fi obținută din

510 înseși gazele arse în zona de curățare 110. Reacția se produce, într-o anumită măsură, între particulele în cădere, dar în principal, aceasta se produce în rezervorul de reacție 120, care colectează nămolul. O caracteristică nouă și îmbunătățită a procedeului conform invenției este aceea că timpul de menținere în rezervorul de reacție 120 se reduce, de la o valoare obișnuită, care este, practic, de 15 h la aproximativ 6 h. Reducerea timpului de menținere 515 în spațiul de reacție 120 are o serie de avantaje în ceea ce privește ușurința prelucrării, dimensionarea echipamentului și calitatea produselor secundare ca, de exemplu, gipsul.

Valoarea pH-lui nămolului, în rezervorul de reacție 120, este, de preferință, de la aproximativ 5,0 la aproximativ 6,3 cel mai preferabil în domeniul de la aproximativ 5,8 la 6,3. Valorile mari ale pH-lui indică o alcalinitate disponibilă, mai mare, în nămolul în stare lichidă 520 și o capacitate corespunzătoare mai mare a lichidului de a absorbi SO_X Este un avantaj, prin faptul că este furnizat carbonatul de calciu, sub formă de particule fine și este recirculat, de asemenea, sub formă de particule fine, mărind astfel gradul de alcalinitate. Valorile scăzute ale pH-lui, care sunt întâlnite, de regulă, la procedeele din stadiul tehnicii, sunt practicate pentru a intensifica ritmul de reacție a carbonatului de calciu, dar aceasta reduce, în mod 525 normal, absorbția SO_X în zona de curățare 110 din cauza unei disponibilități reduse a alcalinității. Dimensiunea redusă a particulei de carbonat de calciu oferă o alcalinitate disponibilă majorată, chiar la valori ale pH-lui mai reduse decât cele dorite, eliminând, în acest fel, într-o mare măsură, impactul pH-lui scăzut asupra capacității de curățare a nămolului.

530 Asociat cu rezervorul de reacție 120 și cu aranjamentul de mijloc de pulverizare, amplasate în zona verticală de curățare 110, se află amplasat un mijloc de alimentare cu nămol, care cuprinde cel puțin o pompă 422 și o conductă asociată 424 pentru prelucrarea nămolului din rezervorul de reacție 120 și dirijarea nămolului respectiv spre ansamblul de duze de pulverizare 114, ansamblu amplasat în zona verticală de curățare 110.

535 Efluentul obținut după operația de curățare este dirijat în direcția fluxului de către separatorul de antrenare 130, apoi spre dispozitivul de eliminare a ceții 140. Volumul fluxului de efluent este reorientat, de la o direcție de deplasare pe verticală la o direcție de deplasare pe orizontală.