Результат интеллектуальной деятельности: СКРУББЕР ВЕНТУРИ

Изобретение относится к технике очистки газов от пыли и химических вредностей и может найти применение, например, на предприятиях черной металлургии.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки газов типа трубы Вентури по авторскому свидетельству СССР №942287, кл. B01D 47/10, 1979 г., содержащее конфузор, горловину, диффузор, систему орошения и каплеуловитель (прототип).

Недостатком известного устройства является то, что при больших количествах очищаемых газов возрастают энергозатраты на систему регулирования за счет отсутствия устройств для тонкого распыливания жидкости.

Технический результат - повышение эффективности очистки газов от пыли и химических вредностей.

Это достигается тем, что в скруббере Вентури, включающем конфузор, горловину, диффузор, систему орошения, каплеуловитель, в конфузоре размещено оросительное устройство, состоящее из трубопровода для подачи воды, выполненного в виде двух взаимно перпендикулярных участков, один из которых размещен осесимметрично конфузору, а на его конце, обращенном в сторону горловины, закреплена форсунка системы орошения, при этом входное отверстие диаметром d₁ конфузора и выходное отверстие диаметром d₃ диффузора соединены соответственно с подводящим и отводящим трубопроводами, а выход диффузора, соединенный с отводящим трубопроводом, тангенциально соединен с нижней частью цилиндрического корпуса прямоточного циклона, выполняющего функцию каплеуловителя, при этом оси диффузора и корпуса циклона взаимно перпендикулярны, причем нижняя часть корпуса циклона соединена с коническим бункером для отвода шлама, а верхняя часть соединена с конической камерой для отвода очищенного газа, а форсунка системы орошения содержит корпус со штуцером, жестко связанным с корпусом, соосно расположенным в верхней части корпуса и имеющим цилиндрическое отверстие для подвода жидкости, соединенное с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру, а к корпусу, в его нижней части, посредством по крайней мере трех спиц подсоединен распылитель, расположенный перпендикулярно оси корпуса и выполненный в виде перфорированного диска.

На фиг.1 приведена схема скруббера Вентури, на фиг.2 - схема трубы Вентури, на фиг.3 - схема форсунки с перфорированным распылительным диском для системы орошения.

Скруббер Вентури (фиг.1) включает в себя трубу Вентури (фиг.2), состоящую из конфузора 1, горловины 2, диффузора 3. В конфузоре 1 размещено оросительное устройство 4, состоящее из трубопровода для подачи воды, состоящего из двух взаимно перпендикулярных участков, один из которых - участок 6 - размещен осесимметрично конфузору 1, а на его конце, обращенном в сторону горловины 2 трубы Вентури, закреплена форсунка 7. Входное отверстие диаметром d₁ конфузора 1 и выходное отверстие диаметром d₃ диффузора 3 соединены соответственно с подводящим 8 и отводящим 9 трубопроводами. Диаметры входного и выходного отверстий конфузора и диффузора d₁ и d₃ принимают равными диаметрам подводящего и отводящего трубопроводов.

Выход диффузора 3, соединенный с отводящим трубопроводом 9, тангенциально соединен с нижней частью цилиндрического корпуса 5 прямоточного циклона, выполняющего функцию каплеуловителя, при этом оси диффузора 3 и корпуса 5 циклона взаимно перпендикулярны. Нижняя часть корпуса 5 циклона соединена с коническим бункером 10 для отвода шлама, а верхняя часть соединена с конической камерой 11 для отвода очищенного газа.

Аэродинамически оптимальными являются следующие соотношения размеров труб Вентури круглого сечения:

длина горловины l₂=0,15d₂, где d₂ - диаметр горловины; угол сужения конфузора α₁=15÷28°,

длина конфузора

Угол расширения диффузора α₂=6÷8°,

длина диффузора

При малых скоростях газа и мелкодисперсной пыли следует применять трубы Вентури с удлиненной горловиной l₂=(3÷5)d₂, дающие в этом случае повышенную эффективность. При расходах газа до 3 м³/с следует применять трубы Вентури круглого сечения. При больших расходах газа и увеличении диаметра трубы возможности равномерного распределения орошения по сечению круглой трубы резко ухудшаются. Поэтому следует применять несколько параллельно работающих труб, а при расходах газа более 10 м³/с рекомендуется придавать сечению трубы прямоугольную (щелевую) форму, при которой условия организации равномерного орошения значительно облегчаются.

Форсунка с перфорированным распылительным диском для системы орошения (фиг.3) состоит из корпуса 12 со штуцером 13, жестко связанным с корпусом, соосно расположенным в верхней части корпуса и имеющим цилиндрическое отверстие 14 для подвода жидкости, соединенное с диффузором 15, осесимметричным корпусу и штуцеру. К корпусу 12, в его нижней части, посредством по крайней мере трех спиц 17 подсоединен распылитель 16, расположенный перпендикулярно оси корпуса и выполненный в виде перфорированного диска с отверстиями 19. Диск распылителя 16 образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора 15, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность, является кривая линия n-го порядка, например эллиптическая, параболическая и др., а вторая - плоскость.

Спицы 17, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, расположены радиально по отношению к оси корпуса, и по форме могут быть выполнены прямыми (не показано) и изогнутыми, причем к корпусу они крепятся посредством винтов 18, а к диску - либо с помощью разъемного соединения, например резьбового, либо неразъемного, например контактной сваркой.

Отверстия 19 перфорации в диске 16 имеют оси, пересекающиеся в точке, лежащей на торцевой поверхности корпуса и являющейся центром наибольшей окружности диффузора 15, при этом распылитель форсунки может быть выполнен из твердых материалов, например карбида вольфрама.

Скруббер Вентури работает следующим образом.

Работа скрубберов Вентури основана на дроблении воды турбулентным газовым потоком, захвате каплями воды частиц пыли, последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителе 5 инерционного типа. При введении жидкости в газовый поток дробление крупных капель на более мелкие за счет энергии турбулентного потока происходит, когда внешние силы, действующие на каплю, преодолевают силы поверхностного натяжения.

Труба Вентури состоит из конфузора 1, служащего для увеличения скорости газа, горловины 2, где происходит осаждение частиц пыли на каплях воды, и диффузора 3, в котором протекают процессы коагуляции, а также за счет снижения скорости восстанавливается часть давления, затраченного на создание высокой скорости газа в горловине 2. В каплеуловителе 5 благодаря тангенциальному вводу газа создается вращение газового потока, вследствие чего смоченные и укрупненные частицы пыли отбрасываются на стенки и непрерывно удаляются из каплеуловителя 5 в виде шлама.

Скруббер Вентури работает с высокой эффективностью 96÷98% на пылях со средним размером частиц 1÷2 мкм и улавливает высокодисперсные частицы пыли (вплоть до субмикронных размеров) в широком диапазоне начальной концентрации пыли в газе от 0,05 до 100 г/м³. При работе в режиме тонкой очистки на высокодисперсных пылях скорость газов в горловине 2 должна поддерживаться в пределах 100÷150 м/с, а удельный расход воды в пределах 0,5÷1,2 дм³/м³. Это обусловливает необходимость большого перепада давления (Δp 10÷20 кПа) и, следовательно, значительных затрат энергии на очистку газа. В ряде случаев, когда труба Вентури работает только как коагулятор перед последующей тонкой очисткой (например, в электрофильтрах) или на крупной пыли размером частиц более 5÷10 мкм, скорости в горловине 2 могут быть снижены до 50÷100 м/с, что значительно снижает энергозатраты.

Форсунка с перфорированным распылительным диском работает следующим образом.

Жидкость подается по цилиндрическому отверстию 14 в диффузор 15, а из него под давлением поступает в распылитель 16, при этом происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет турбулизации потока на выходе, и мелкодисперсный поток выходит из форсунки с широким факелом распыляющейся жидкости (раствора).

При подаче орошающей жидкости в трубу Вентури ее начальная скорость незначительна. За счет сил динамического давления газового потока капли одновременно с дроблением получают значительные ускорения и в конце горловины 2 приобретают скорость, близкую к скорости газового потока. В диффузоре 3 скорости газового потока и капель падают, причем вследствие сил инерции скорость капель превышает скорость газового потока, поэтому захват частиц пыли каплями наиболее интенсивно идет в конце конфузора 1 и в горловине 2, где скорость газа относительно капли особенно значительна и кинематическая коагуляция протекает наиболее эффективно.