PL248630B1 - Wielostrugowy skruber do oczyszczania zwłaszcza gazów spalinowych z tlenków siarki - Google Patents

Abstract

Wielostrugowy skruber do oczyszczania gazów spalinowych z tlenków siarki zwłaszcza dla oczyszczania gazów spalinowych z tlenków siarki w zastosowaniach morskich, charakteryzujący się tym, że ma korzystnie pierścieniowy układ strumienic, z których każda składa się z komory wlotowej i dyszy napędowej (2) z elementem zawirowującym oraz ma komory mieszania (12).

Description

Przedmiotem wynalazku jest wielostrugowy skruber do oczyszczania zwłaszcza gazów spalinowych z tlenków siarki do zastosowań zwłaszcza na jednostkach morskich.

Znany jest z norweskiego opisu wynalazku N0963124 sposób oczyszczenia spalin z tlenków siarki za pomocą wody morskiej, który polega na tym, że dwutlenek siarki jest usuwany z gazów spalinowych przez płukanie wodą morską i napowietrzanie cieczy ściekowej w celu przekształcenia usuniętego dwutlenku siarki w wodorosiarczan z neutralizacją w basenie reakcyjnym tworzącym następnie siarczan. Zobojętnianie prowadzi się przez stosowanie wody morskiej i utrzymuje się pH od 4 do 5, a korzystnie od 4,15 do 4,5 w fazie ciekłej usuwanej ze zbiornika przez kontrolowany recykling cieczy ściekowej do strefy absorpcji lub dodanie dalszych ilości wody morskiej do kolumny.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego US54397306 sposób i instalacja do oczyszczania gazu, w którym opisana została metoda i instalacja do oddzielania dwutlenku siarki od gazów spalinowych, w którym wodę morską dodaje się do gazów spalinowych w kolumnie absorpcyjnej i wodę morską zawierającą związki siarki ekstrahuje się z kolumny absorpcyjnej i do tego dodaje się świeżą wodę morską.

Znany jest z brytyjskiego opisu wynalazku GB1596738 proces kontaktowania gazów i cieczy obejmujący wstrzykiwanie obu do kolumny, przy czym ciecz jest wprowadzana na szczyt kolumny z prędkością taką, że powstaje stabilna piana. Geometria kolumny i prędkość wlotowa strumienia cieczy są tak dobrane, aby przychodzący strumień cieczy służył do rozbijania już zrastających się pęcherzyków i wciągania ich z powrotem do masy piany. Gaz może być wprowadzany z wchodzącą cieczą lub oddzielony od niego.

Znane jest z opisu zgłoszenia patentu europejskiego EP1021234 urządzenie charakteryzujące się zastosowaniem przepływu turbulentnego do absorpcji wybranego składnika gazowego ze strumienia gazu. Wynalazek dotyczy w szczególności sposobu absorbowania wybranego składnika gazowego ze strumienia gazu, który obejmuje: doprowadzenie strumienia gazu do kontaktu z cieczą zawierającą rozpuszczalnik lub reagent dla wybranego składnika gazowego i poddanie strumienia gazu i cieczy mieszaniu turbulentnemu w ejektorze, powodując tym samym pochłanianie składnika gazowego przez rozpuszczalnik lub odczynnik.

Znane jest z opisu chińskiego wzoru użytkowego CN202864982 urządzenie do ciągłej reakcji oczyszczania solanki, które zawiera pompę i wyrzutnik wody, z kolei wyrzutnik wody zawiera rurę wlotową cieczy, rurę wlotu powietrza, komorę wdechową, rurę mieszającą, rurę rozpraszającą i rurę wydechową. Dysza jest umieszczona na tylnym końcu rury wlotowej cieczy. Tylny koniec rury wlotowej powietrza jest połączony z komorą wdechową. Komora wdechowa, rura mieszająca, rura dyfuzyjna i rura wydechowa są połączone kolejno. Wylot cieczy jest umiejscowiony na tylnym końcu rury wydechowej; a pompa jest połączona z rurą wlotową cieczy.

Znane jest z opisu zgłoszonego wynalazku CN102688673 urządzenie do odzyskiwania szkodliwego gazu i pozostałości pary. Urządzenie charakteryzuje się tym, że zastosowana została wodna pompa strumieniowa. Roztwór neutralizujący jest zasysany do pompy, a następnie jest wtryskiwany do komory wlotowej cieczy ejektora z wtryskiem spiralnym. W komorze mieszania powstaje podciśnienie. Szkodliwy gaz jest całkowicie zasysany do komory mieszania pod ujemnym ciśnieniem. Szkodliwy gaz jest przenoszony przez strumień, przechodzi przez rurkę dławiącą, a następnie wchodzi do neutralizującego zbiornika magazynowego w celu neutralizacji. Szkodliwy gaz i roztwór neutralizujący przechodzą pełną reakcję neutralizacji w zamkniętym zbiorniku do neutralizacji. Produkty reakcji są wyładowywane do komory wytrącania przez port rurowy wyładowczy cieczy umieszczony w dolnej części neutralizującego zbiornika magazynowego. Następnie są wytrącane i odprowadzane.

Problemem w skruberach ze stanu techniki stosowanych zwłaszcza dla oczyszczania gazów spalinowych z tlenków siarki do zastosowań morskich są ich znaczne gabaryty, które wymuszają ingerencję w konstrukcję jednostki pływającej. Ze względu na ograniczoną powierzchnię na obiektach pływających morskich taka ingerencja nie jest pożądana.

Celem wynalazku jest dostarczenie wielostrugowego skrubera do oczyszczania zwłaszcza gazów spalinowych z tlenków siarki, który umożliwia prowadzanie efektywnego oczyszczania spalin, zwłaszcza zanieczyszczeń w postaci tlenków siarki, przy jednoczesnym zachowaniu jego zmniejszonych gabarytów, zwłaszcza na jednostkach morskich. Rozwiązanie wykorzystuje zjawisko powstawania fali mieszającej w mieszaninie dwufazowej gazów spalinowych oraz cieczy. Struktura mi eszaniny cieczy i gazów w obrębie mieszającej fali mieszającej zbliżona jest do struktury pianowej z bardzo drobnymi pęcherzykami gazu. Taki charakter zjawiska umożliwia powstanie bardzo dużej gęstości objętościowej powierzchni rozdziału faz, czyli powierzchni absorpcji wybranego składnika gazowego, w tym tlenków siarki, ze strumienia gazów spalinowych. Kluczowym aspektem jest wytworzenie odpowiedniego przeciw-ciśnienia na wylocie ze skrubera, co stanowi warunek konieczny do powstania fali mieszającej. Pozostałymi parametrami technicznymi warunkującymi powstanie fali mieszającej jest odpowiednie ciśnienie oraz wydatek wody napędowej skrubera - adekwatne do strumienia objętości gazów spalinowych oraz zawartych w nich tlenków siarki. Wynalazek obejmuje rozwiązanie wielostrunowe skrubera, adekwatne w szczególności do zastosowań dla siłowni o mocy przekraczającej 1 MW.

Istotą wynalazku jest wielostrugowy skruber do oczyszczania zwłaszcza gazów spalinowych z tlenków siarki charakteryzujący się tym, że ma korzystnie pierścieniowy układ strumienie, z których każda składa się z komory wlotowej i dyszy napędowej z elementem zawirowującym oraz ma komory mieszania.

Korzystnie wielostrugowy skruber z obudowy ma wyprowadzony zestaw zaworów regulacyjnych wydatku wody płuczkowej na wylocie z wielostrugowego skrubera i ma w części górnej króciec wlotu gazów spalinowych połączony z wewnętrzną komorą ssawną, z której ma wyprowadzone ku dołowi komory mieszania strumienicy skrubera, wypełnione pionową strukturą fali mieszającej, w którą ma wprowadzane strugi cieczy z dysz, zaś w części dolnej ma komorę separacyjną wypełnioną mieszaniną cieczy i gazów spalinowych, przy czym w części górnej, korzystnie po przeciwnej stronie i poniżej króćca wlotu gazów spalinowych ma króciec wylotowy oczyszczonych gazów spalinowych.

Korzystnie dysze napędowe mają ostro-krawędziowy wylot o średnicy d mniejszej od średnicy D zewnętrznej dyszy, przy czym stosunek d/D zawiera się w granicach od 0,1 do 0,9, zaś kąt rozwarcia dyszy (θ) wynosi od 0° do 170°.

Korzystnie dysze napędowe mają na wlocie element zawirowujący taśmowy.

Sposób funkcjonowania skrubera polega na tym, że ciecz pod wysokim ciśnieniem z odpowiednim wydatkiem objętościowym zostaje doprowadzona przez komory wlotowe do dysz napędowych skrubera. W dyszy ciecz ulega zawirowaniu wskutek zastosowania elementu zawirowującego, rozpędza się do wysokiej prędkości i wylatuje do komory mieszania poprzez profilowany ostro-krawędziowy wylot. Gazy spalinowe doprowadzone są przez króciec wlotowy do komory ssawnej skrubera skąd przedostają się do komory mieszania. Transport gazów spalinowych do wnętrza komory mieszania odbywa się częściowo na skutek wymiany pędu, częściowo dzięki nadciśnieniu panującemu w układzie dolotowym spalin. W pierwszej fazie procesu następuje rozpad strugi cieczy i mieszanie się jej z gazami spalinowymi. Po rozpadzie strugi następuje uformowanie się fali mieszającej będącej obszarem intensywnego mieszania się obydwu faz (cieczowej i gazów spalinowych), cechującą się bardzo wysoką gęstością objętościową powierzchni międzyfazowej. Powoduje to zintensyfikowanie procesu absorpcji tlenków siarki w wodzie morskiej. Mieszanina wody oraz gazów spalinowych wypływa do komory separacyjnej skrubera, w której następuje separacja obydwu faz. Poziom mieszaniny cieczowo-gazowej w komorze regulowany jest zaworami regulacyjnymi. Powstanie fali mieszającej (6) uwarunkowane jest uzyskaniem odpowiedniego przeciw-ciśnienia na wylocie z komory mieszania, co uzyskiwane jest poprzez regulację poziomu mieszaniny cieczowo-gazowej w komorze z zastosowaniem zaworów regulacyjnych korzystnie regulujących wydatek wody płuczkowej wypływającej ze skrubera. W skruberze wielostrugowym zastosowano pierścieniowy układ strumienic, w ilości korzystnie dobranej dla wydatku gazów spalinowych.

Wynalazek pozwala na efektywne prowadzenie procesu oczyszczania zwłaszcza gazów spalinowych z tlenków siarki przy znacznym ograniczeniu gabarytów urządzenia do oczyszczania gazów spalinowych, co uzyskuje się poprzez wytworzenie fali mieszającej w urządzeniu, charakteryzującej się bardzo dużą gęstością objętościową powierzchni kontaktu fazy ciekłej (wody morskiej) oraz gazów spalinowych. Rozwiązanie według wynalazku wytwarza efekt ssący skrubera, który nie jest dostępny w konwencjonalnych rozwiązaniach, co umożliwia efektywną współpracę skrubera z różnymi emiterami gazów spalinowych, w tym kotłów oraz silników spalinowych. W zaproponowanym rozwiązaniu zastosowano korzystne eksploatacyjnie rozwiązanie regulacji przeciwciśnienia poprzez wytwarzanie odpowiedniego poziomu cieczy w części wylotowej skrubera z zastosowaniem zaworów regulacyjnych. Sposób regulacji przeciwciśnienia w skruberze jest dzięki temu rozwiązaniu prosty i efektywny, nie wymaga zastosowania złożonych systemów regulacyjnych. Skruber strumienicowy według wynalazku, dzięki wysokiej efektywności działania, wykorzystuje do celów oczyszczania gazów spalinowych z tlenków siarki jedynie wodę morską bez żadnych dodatków chemicznych.

Konstrukcja według wynalazku zapewnia doprowadzenie strumienia gazu do kontaktu z cieczą (wodą morską) w pianowej dwufazowej strukturze mieszającej w komorze mieszania oraz uzyskanie odpowiedniego przeciwciśnienia w wylotowej części komory mieszania.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono na rysunku, gdzie Fig. 1 przedstawia wielostrugowy skruber w przekroju wzdłużnym, Fig. 2 przedstawia wielostrugowy skruber w widoku z góry, Fig. 3 - dyszę napędową z umieszczonym w niej elementem zawirowującym taśmowym w przekroju wzdłużnym, Fig. 4 przedstawia szczegół ostro-krawędziowego wylotu dyszy napędowej w przekroju wzdłużnym.

Przykład wykonania I

W przykładzie wykonania wielostrugowy skruber do oczyszczania gazów spalinowych zwłaszcza z tlenków siarki dla oczyszczania gazów spalinowych z obiektów pływających morskich ma pierścieniowy układ strumienic, z których każda składa się z komory wlotowej 1 i dyszy napędowej 2 z elementem zawirowującym 11 oraz ma komory mieszania 12. Z obudowy 13 na wylocie z wielostrugowego skrubera ma wyprowadzony zestaw zaworów regulacyjnych 8 wydatku wody płuczkowej. W części górnej skruber ma króciec 3 wlotu gazów spalinowych połączony z wewnętrzną komorą ssawną 4, z której ma wyprowadzone ku dołowi komory mieszania 12 strumienicy skrubera, wypełnione pionową strukturą 6 fali mieszającej, w którą ma wprowadzane strugi cieczy 5 z dysz 2, zaś w części dolnej ma komorę separacyjną 7 wypełnioną mieszaniną cieczy i gazów spalinowych, przy czym w części górnej, po przeciwnej stronie i poniżej króćca 3 wlotu gazów spalinowych ma króciec 9 wylotowy oczyszczonych gazów spalinowych. Dysze napędowe 2 mają ostro-krawędziowy wylot 10 o średnicy d mniejszej od średnicy D zewnętrznej dyszy 2, przy czym stosunek d/D zawiera się w granicach od 0,1 do 0,9, zaś kąt rozwarcia dyszy (9) wynosi od 0° do 170°.

Przykład wykonania II

W przykładzie wykonania wielostrugowy skruber do oczyszczania gazów spalinowych zwłaszcza z tlenków siarki dla oczyszczania gazów spalinowych z obiektów pływających morskich ma pierścieniowy układ strumienic, z których każda składa się z komory wlotowej 1 i dyszy napędowej 2 z elementem zawirowującym 11 oraz ma komory mieszania 12. Z obudowy 13 na wylocie z wielostrugowego skrubera ma wyprowadzony zestaw zaworów regulacyjnych 8 wydatku wody płuczkowej. W części górnej skruber ma króciec 3 wlotu gazów spalinowych połączony z wewnętrzną komorą ssawną 4, z której ma wyprowadzone ku dołowi komory mieszania 12 strumienicy skrubera, wypełnione pionową strukturą 6 fali mieszającej, w którą ma wprowadzane strugi cieczy 5 z dysz 2, zaś w części dolnej ma komorę separacyjną 7 wypełnioną mieszaniną cieczy i gazów spalinowych, przy czym w części górnej, po przeciwnej stronie i poniżej króćca 3 wlotu gazów spalinowych ma króciec 9 wylotowy oczyszczonych gazów spalinowych. Dysze napędowe 2 mają ostro-krawędziowy wylot 10 o średnicy d mniejszej od średnicy D zewnętrznej dyszy 2, przy czym stosunek d/D zawiera się w granicach od 0,1 do 0,9, zaś kąt rozwarcia dyszy (θ) wynosi od 0° do 170°. Dysze napędowe 2 mają na wlocie element zawirowujący 11 taśmowy.

Claims (4)

1. Wielostrugowy skruber do oczyszczania zwłaszcza gazów spalinowych zwłaszcza z tlenków siarki zwłaszcza do zastosowań morskich znamienny tym, że ma korzystnie pierścieniowy układ strumienic, z których każda składa się z komory wlotowej (1) i dyszy napędowej (2) z elementem zawirowującym (11 ) oraz ma komory mieszania (12).

2. Wielostrugowy skruber według zastrz. 1, znamienny tym, że z obudowy (13) ma wyprowadzony zestaw zaworów regulacyjnych (8) wydatku wody płuczkowej na wylocie z wielostrugowego skrubera i ma w części górnej króciec (3) wlotu gazów spalinowych połączony z wewnętrzną komorą ssawną (4), z której ma wyprowadzone ku dołowi komory mieszania (12) strumienicy skrubera, wypełnione pionową strukturą (6) fali mieszającej, w którą ma wprowadzane strugi cieczy (5) z dysz (2), zaś w części dolnej ma komorę separacyjną (7) wypełnioną mieszaniną cieczy i gazów spalinowych, przy czym w części górnej, korzystnie po przeciwnej stronie i poniżej króćca (3) wlotu gazów spalinowych ma króciec (9) wylotowy oczyszczonych gazów spalinowych.

3. Wielostrugowy skruber według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że dysze napędowe (2) mają ostro-krawędziowy wylot (10) o średnicy (d) mniejszej od średnicy (D) zewnętrznej dyszy (2), przy czym stosunek d/D zawiera się w granicach od 0,1 do 0,9, zaś kąt rozwarcia dyszy (θ) wynosi od 0° do 170°.

4. Wielostrugowy skruber według zastrz. 1 do 3, znamienny tym, że dysze napędowe (2) mają na wlocie element zawirowujący (11) taśmowy.