Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

Заявляемый объект относится к мокрой очистке газов и может быть использован в металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранное в качестве прототипа устройство для очистки газов, содержащее прямоугольные конфузор и диффузор, соединенные между собой горловиной, верхний клиновидный обтекатель, установленный по длине конфузора острием вверх для образования в конфузоре двух сужающихся каналов для газа, нижний клиновидный обтекатель, установленный по длине диффузора острием вниз для образования в диффузоре двух расширяющихся каналов для газа, две полузаслонки, которые выполнены с плоскими рабочими поверхностями с закругленными периферийными участками и установлены в области горловины с возможностью поворота для регулирования площади горловины, и форсуночную систему орошения, форсунки которой расположены в конфузоре. Основание нижнего клиновидного обтекателя, установленного по длине диффузора, расположено практически на уровне основания диффузора, а верхний клиновидный обтекатель установлен по длине конфузора непосредственно над нижним клиновидным обтекателем для образования совместно с боковыми сторонами конфузора и диффузора двух каналов для газа. При этом каждая боковая сторона верхнего клиновидного обтекателя в каждом канале для газа расположена в поперечном сечении с зазором в области горловины над основанием нижнего клиновидного обтекателя и в каждом из указанных зазоров в области горловины установлена полузаслонка, закрепленная на горизонтальном валу (патент Российской Федерации №2400290, МПК B01D 47/10, опубл. 27.09.2010).

У заявляемого объекта и прототипа совпадают такие существенные признаки. Оба устройства содержат прямоугольные конфузор и диффузор, которые сопряжены в области горловины, форсуночную систему орошения, форсунки которой расположены в конфузоре, и две полузаслонки, которые выполнены с плоскими рабочими поверхностями с закругленными периферийными участками и установлены в области горловины с возможностью поворота для регулирования площади горловины.

Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины. Оборудование конфузора верхним клиновидным обтекателем для создания в конфузоре двух сужающихся каналов для газа и оборудование диффузора нижним клиновидным обтекателем, для создания в диффузоре двух расширяющихся каналов для газа конструктивно сложно для многометровой по высоте конструкции устройства для очистки газов. Расположение в каждом канале одной полузаслонки для образования горловины с противоположной боковой стороной конфузора приводит к образованию искаженного профиля канала для газа в области расположения каждой полузаслонки и к образованию несимметричных относительно вертикальной оси каналов для газа. Кроме того, смешивание двух газовых потоков в диффузоре непосредственно после нижнего клиновидного обтекателя и отсутствие синхронного поворота полузаслонок при регулировании площади горловины приводит к нежелательным завихрениям газа в горловине и диффузоре. Вышеуказанные недостатки усложняют конструкцию устройства для очистки газов и снижают эффективность очистки газов при регулировании аэродинамического сопротивления газового тракта из-за снижения интенсивности массообменного процесса пыли и жидкости в конфузоре, горловине и диффузоре.

В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такое устройство для очистки газов, в котором усовершенствования путем введения новых элементов позволят при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции при повышении эффективности очистки газов.

Заявляемое устройство для очистки газов содержит прямоугольные конфузор и диффузор, которые сопряжены в области горловины, форсуночную систему орошения, форсунки которой расположены в конфузоре, и две полузаслонки, которые выполнены с плоскими рабочими поверхностями с закругленными периферийными участками и установлены в области горловины с возможностью поворота для регулирования площади горловины. Отличительной особенностью заявляемой конструкции устройства для очистки газов является следующее. Устройство оборудовано дополнительным конфузором, который сопряжен с диффузором и конфузором в области горловины. Две полузаслонки установлены в дополнительном конфузоре для регулирования площади горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок и торцевыми сторонами дополнительного конфузора. При этом полузаслонки закреплены в дополнительном конфузоре на валах, которые соединены с регулирующим приводом, и кинематически связаны между собой с возможностью обеспечения синхронного поворота при регулировании площади горловины.

В частных случаях использования заявляемый объект характеризуется тем, что:

- выходное отверстие конфузора расположено в дополнительном конфузоре в непосредственной близости от начала рабочих поверхностей полузаслонок со стороны валов, на которых они закреплены;

- каждая полузаслонка в крайнем открытом положении, соответствующем максимальной площади горловины, установлена с возможностью контакта кромки закругленного периферийного участка с боковой стороной дополнительного конфузора, плоский участок рабочей поверхности каждой полузаслонки расположен в плоскости расположения соседней боковой стороны конфузора, а каждая боковая сторона диффузора расположена в плоскости, касательной к месту перехода плоского участка рабочей поверхности соседней полузаслонки в закругленный периферийный участок;

- отношение максимальной площади поперечного сечения горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок в крайнем открытом положении, к площади поперечного сечения выходного отверстия конфузора и к площади поперечного сечения входного отверстия диффузора составляет 1:(1,3÷1,35):(1,15÷1,2).

При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции при повышении эффективности очистки газов.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом имеется следующая причинно следственная связь. Оборудование устройства очистки газов дополнительным конфузором, сопряженным с диффузором и конфузором в области горловины, установка двух полузаслонок в дополнительном конфузоре для регулирования площади горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок и торцевыми сторонами дополнительного конфузора, при этом полузаслонки закреплены в дополнительном конфузоре на валах, которые соединены с регулирующим приводом, и кинематически связаны между собой с возможностью обеспечения синхронного поворота при регулировании площади горловины сравнительно конструктивно просто без верхнего и нижнего клиновидных обтекателей, установленных, соответственно, в конфузоре и диффузоре, обеспечивает формирование вместо двух каналов для газа одного канала, симметричного относительно вертикальной оси и симметрично регулирующего площадь горловины при синхронном повороте полузаслонок без образования искажения профиля канала для газа в области расположения каждой полузаслонки. Такая конструкция предотвращает хаотичное изменение скорости газового потока в области горловины, обеспечивает отсутствие смешивания двух газовых потоков в диффузоре и нежелательные завихрения газа в объеме диффузора и, следовательно, обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления газового тракта. Регулирование аэродинамического сопротивления газового тракта при оптимальной аэродинамике газового потока в горловине, которая обеспечивается при надежном синхронном повороте полузаслонок на заданный угол, способствует обеспечению оптимальной скорости газового потока в конфузоре в области орошения, снижению завихрений газа в горловине и в диффузоре, уменьшению износа элементов, находящихся на пути газа. Вышеуказанные конструктивные усовершенствования способствуют при регулировании аэродинамического сопротивления газового тракта повышению эффективность очистки газов благодаря стабильному массообменному процессу пыли и жидкости в конфузоре, горловине и диффузоре путем обеспечения оптимальной скорости газового потока в области горловины.

Расположение выходного отверстия конфузора в дополнительном конфузоре в непосредственной близости от начала рабочих поверхностей полузаслонок со стороны валов, на которых они закреплены, обеспечивает дальнейшее улучшение аэродинамики газового потока, уменьшение циркуляции газа вокруг полузаслонок и горизонтальных валов, что способствует снижению завихрений газа в области горловины.

Установка каждой полузаслонки в крайнем открытом положении, соответствующем максимальной площади горловины, с возможностью контакта кромки закругленного периферийного участка с боковой стороной дополнительного конфузора, расположение плоского участка рабочей поверхности каждой полузаслонки в плоскости расположения соседней боковой стороны конфузора, а каждой боковой стороны диффузора в плоскости, касательной к месту перехода плоского участка рабочей поверхности соседней полузаслонки в закругленный периферийный участок, обеспечивает дальнейшее улучшение аэродинамики газового потока, уменьшение циркуляции газа вокруг полузаслонок и горизонтальных валов, что способствует снижению завихрений газа в области горловины и в диффузоре.

Установлено, что минимальное аэродинамическое сопротивление газового тракта при оптимальной аэродинамике газового потока в горловине обеспечивается, когда отношение максимальной площади поперечного сечения горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок в крайнем открытом положении, к площади поперечного сечения выходного отверстия конфузора и к площади поперечного сечения входного отверстия диффузора составляет 1:(1,3÷1,35):(1,15÷1,2).

Если соотношение указанных площадей, соответственно, больше чем 1:1,35:1,2, то увеличивается турбулизация газового потока в области горловин, что приводит к колебаниям аэродинамического сопротивления газового тракта. Если соотношение указанных площадей, соответственно, меньше чем 1:1,3:1,15, то при этом ухудшаются условия для массообменных процессов пыли и жидкости в конфузоре, горловине и диффузоре.

Сущность заявляемого устройства для очистки газов поясняется чертежами, на которых изображено:

- на фиг.1 - поперечный разрез устройства для очистки газов с максимально открытыми полузаслонками;

- на фиг.2 - вид сбоку на заявляемое устройство в области горловины;

- на фиг.3 - поперечный разрез заявляемого устройства с максимально закрытыми полузаслонками.

На чертеже проставлены следующие обозначения:

1 - конфузор;

2 - диффузор;

3 - дополнительный конфузор;

4 - форсунка;

5 - полузаслонка;

6 - полузаслонка;

7 - плоский участок рабочей поверхности полузаслонки 5;

8 - плоский участок рабочей поверхности полузаслонки 6;

9 - закругленный периферийный участок полузаслонки 5;

10 - закругленный периферийный участок полузаслонки 6;

11 - вал полузаслонки 5;

12 - вал полузаслонки 6;

13 - регулирующий привод;

14 - рычажно-шарнирный механизм;

15 - боковая сторона дополнительного конфузора 3;

16 - боковая сторона дополнительного конфузора 3;

17 - боковая сторона конфузора 1;

18 - боковая сторона конфузора 1;

19 - боковая сторона диффузора 2;

20 - боковая сторона диффузора 2;

S1 - площадь поперечного сечения горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок 5 и 6;

S2 - площадь поперечного сечения выходного отверстия конфузора 1;

S3 - площадь поперечного сечения входного отверстия диффузора 2.

В конкретном примере заявляемое устройство для очистки газов содержит прямоугольный в сечении конфузор 1 и прямоугольный в сечении диффузор 2, которые сопряжены в области горловины дополнительным конфузором 3, форсуночною систему орошения, форсунки 4 которой расположены в конфузоре 1, и две полузаслонки 5 и 6, которые выполнены с плоскими участками рабочих поверхностей 7 и 8 с закругленными периферийными участками 9 и 10 и установлены в области горловины с возможностью поворота для регулирования площади горловины. Отличительной особенностью заявляемого объекта является следующее. Полузаслонки 5 и 6 установлены в дополнительном конфузоре 3 в области горловины с возможностью поворота для регулирования площади горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок 5 и 6 и торцевыми сторонами дополнительного конфузора 3. При этом полузаслонки 5 и 6 закреплены в дополнительном конфузоре 3, соответственно, на валах 11 и 12, которые соединены с регулирующим приводом 13, и кинематически связаны между собой рычажно-шарнирным механизмом 14 с возможностью обеспечения синхронного поворота при регулировании площади горловины.

В частном случае выполнения, устройство характеризуется тем, что выходное отверстие конфузора 1 расположено в дополнительном конфузоре 3 в непосредственной близости от начала рабочих поверхностей полузаслонок 5 и 6 со стороны валов 11 и 12, на которых они закреплены.

В частном случае выполнения, устройство характеризуется также тем, что полузаслонки 5 и 6 в крайнем открытом положении, соответствующем максимальной площади горловины, установлены с возможностью контакта кромок закругленных периферийных участков 9 и 10 с боковыми сторонами 15 и 16 дополнительного конфузора 3. Плоские участки рабочих поверхностей 7 и 8 полузаслонок 5 и 6 расположены, соответственно, в плоскостях расположения соседних боковых сторон 17 и 18 конфузора 1, а боковые стороны 19 и 20 диффузора 2 расположены, соответственно, в плоскостях, касательных к местам перехода плоских участков рабочих поверхностей 7 и 8 в закругленные периферийные участки 9 и 10 полузаслонок 5 и 6.

В частном случае выполнения, устройство характеризуется также тем, что отношение максимальной площади S1 (например, 0,51 м²) поперечного сечения горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок 5 и 6 в крайнем открытом положении, к площади S2 (например, 0,68 м²) поперечного сечения выходного отверстия конфузора 1 и к площади S3 (например, 0,595 м²) поперечного сечения входного отверстия диффузора 2 составляет, соответственно, 1:1,33:1,17.

В конкретном примере осуществления заявляемое устройство для очистки газов работает следующим образом. Очищаемый газ, пройдя конфузор 1, попадает в дополнительный конфузор 3, и, после взаимодействия с полузаслонками 5 и 6, попадает в диффузор 2. В конфузоре 1 за счет уменьшения его сечения скорость потока очищаемого газа возрастает и достигает максимального значения в дополнительном конфузоре 3 в области горловины, которая образована полузаслонками 5 и 6 и торцевыми сторонами дополнительного конфузора 3. При этом газовый поток смачивается жидкостью, которая распыляется форсунками 4, расположенными в конфузоре 1 по вертикальной оси канала для газа, при этом в конфузоре 1, дополнительном конфузоре 3 и диффузоре 2 без нежелательной турбулентности потока газа происходят стабильные массообменные процессы пыли и жидкости, обеспечивающие очистку газа.

При изменении количества очищаемого газа осуществляют регулирование площади горловины, которая образована полузаслонками 5 и 6 и торцевыми сторонами дополнительного конфузора 3 для обеспечения в горловине требуемой заданной скорости газа, от которой зависит эффективность очистки газа. Для обеспечения регулирования площади горловины в дополнительном конфузоре 3 полузаслонки 5 и 6 с помощью регулирующего привода 13 и рычажно-шарнирного механизма 14 синхронно поворачивают на заданный угол на валах 11 и 12. При этом аэродинамическое сопротивление газового тракта изменяется при стабильной аэродинамике газового потока во всем газовом тракте и массообменные процессы пыли и жидкости, обеспечивающие очистку газа, происходят в стабильных условиях.