Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОКРОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

Изобретение относится к аппаратам для мокрой очистки газов от мелкодисперсных твердых частиц и вредных газообразных примесей в различных отраслях промышленности.

Известно устройство для мокрой очистки газов, состоящее из входного патрубка, верхняя часть которого выполнена в виде спиральной улитки, соединенной переходным коническим конфузором с цилиндрической частью и нижней частью в виде усеченного конуса со шламовыпускным отверстием, под которым установлен сборник шлама с патрубком, в спиральной улитке установлены три оросителя, выполненные в виде пар сопел, установленных под углом 25°÷90° друг к другу, параллельно оси прямого участка улитки, четные и нечетные сопла установлены на разных трубопроводах, два оросителя расположены на противоположных боковых сторонах в начале прямого участка улитки, третий ороситель - на наружной боковой стороне в конце прямого участка улитки (патент РФ №2239487, М.кл. B01D 47/06, В04С 0/23, 2003 г.).

Недостатками известного устройства являются высокое гидравлическое сопротивление при одновременной низкой производительности, обусловленное выполнением верхней части в виде спиральной улитки, снижение эффективности очистки газов из-за отсутствия каплеулавливания из очищенных газов перед их выбросом в атмосферу.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение гидравлического сопротивления устройства для мокрой очистки газов при одновременном повышении производительности и эффективности очистки газов.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для мокрой очистки газов, включающем входной патрубок для газа, корпус в виде улитки в верхней части, цилиндрической части и нижней части в виде усеченного конуса с шламовыпускным отверстием, сборник шлама с патрубком, выходной цилиндрический патрубок для газа, установленный по оси корпуса и жестко закрепленный на его крышке, устройство для распыления жидкости в виде оросителей, установленных на входном патрубке для газа, из которых каждый содержит трубопроводы и сопла, новым является то, что улитка выполнена с осью, угол наклона к горизонтали которой равен =11°÷24°, входной патрубок для газа выполнен в виде конфузора с углом β=15°÷25° и с тремя рядами отверстий, выполненных на поверхности входного патрубка для газа в плоскостях, перпендикулярных оси входного патрубка для газа, входной патрубок для газа соединен через цилиндрический патрубок и переходник со входом в улитку корпуса, в верхней части выходного цилиндрического патрубка для газа установлен диффузор с углом γ=30°÷45°, на выходном отверстии которого установлена спиральная улитка, диффузор соединен с отверстием в центре нижней стороны спиральной улитки, на боковой стороне спиральной улитки у выхода выполнено отверстие прямоугольной формы, высота которого равна высоте боковой стороны спиральной улитки, к вертикальному краю отверстия прямоугольной формы снаружи и по ходу движения газового потока жестко прикреплена направляющая пластина прямоугольной формы под углом θ=155°÷165° к боковой стороны спиральной улитки, высота вертикального ребра направляющей пластины равна высоте боковой стороны спиральной улитки, другое вертикальное ребро направляющей пластины сопряжено и жестко прикреплено к вертикальному краю выполненного в цилиндрическом желобе отверстия прямоугольной формы, высота которого равна высоте боковой стороны спиральной улитки, а ширина С отверстия прямоугольной формы в цилиндрическом желобе равна

С=3/8×πD_желоб,

где D_желоб - диаметр желоба,

цилиндрический желоб внешней поверхностью жестко прикреплен к другому вертикальному краю отверстия прямоугольной формы спиральной улитки, ближнему от выхода спиральной улитки, на расстоянии L_{крепление/желоб}, равном

L_{крепление/желоб}=1/8×πD_желоб,

сверху и снизу направляющая пластина и цилиндрический желоб закрыты крышкой и днищем, к нижнему торцу цилиндрического желоба соосно прикреплен конфузор с углом φ=30°÷45°, который через корпус задвижки и трубопровод соединен с крышкой сборника шлама под углом ψ=30°÷45° к крышке по ходу вращения газов внутри сборника шлама, при этом устройство для распыления жидкости выполнено в виде трех оросителей, каждый из которых состоит из кольцевой трубы с входом патрубка жидкости и промежуточных трубок с парами сопел, установленных в отверстиях входного патрубка для газа, причем оросители расположены вокруг входного патрубка для газа перпендикулярно его оси и закреплены кронштейнами на его поверхности.

В устройстве для мокрой очистки газов улитка выполнена с осью, угол наклона к горизонтали которой равен =11°÷24° для обеспечения высокой производительности и одновременно низкого гидравлического сопротивления устройства.

В устройстве для мокрой очистки газов входной патрубок для газа выполнен в виде конфузора с углом β=15°÷25 и с тремя рядами отверстий, выполненных на поверхности входного патрубка для газа в плоскостях, перпендикулярных оси входного патрубка для газа, входной патрубок для газа соединен через цилиндрический патрубок и переходник со входом в улитку корпуса позволит плавно ввести газы в цилиндрический патрубок, создать в нем эффективное в турбулентном скоростном режиме взаимодействие капель жидкости с газом и обеспечить плавный выход капельно-газовой смеси в улитку корпуса с минимальным гидравлическим сопротивлением.

В устройстве для мокрой очистки газов в верхней части выходного цилиндрического патрубка для газа установлен диффузор с углом γ=30°÷45°, на выходном отверстии которого установлена спиральная улитка, диффузор соединен с отверстием в центре нижней стороны спиральной улитки, что необходимо для снижения гидравлического сопротивление выхода газов из выходного патрубка для газа в спиральную улитку и выхода газов из улитки в газоход, также для предотвращения выброса капель в атмосферу посредством центробежной сепарации капельно-газового потока в спиральной улитке.

В устройстве для мокрой очистки газов на боковой стороне спиральной улитки у выхода выполнено отверстие прямоугольной формы, высота которого равна высоте боковой стороны спиральной улитки, к вертикальному краю отверстия прямоугольной формы снаружи и по ходу движения газового потока жестко прикреплена направляющая пластина прямоугольной формы под углом θ=155°÷165° к боковой стороне спиральной улитки, высота вертикального ребра направляющей пластины равна высоте боковой стороны спиральной улитки, другое вертикальное ребро направляющей пластины сопряжено и жестко прикреплено к вертикальному краю выполненного в цилиндрическом желобе отверстия прямоугольной формы, высота которого равна высоте боковой стороны спиральной улитки, а ширина С отверстия прямоугольной формы в цилиндрическом желобе равна

С=3/8×πD_желоб,

где D_желоб - диаметр желоба,

цилиндрический желоб внешней поверхностью жестко прикреплен к другому вертикальному краю отверстия прямоугольной формы спиральной улитки, ближнему от входа спиральной улитки, ближнему от выхода спиральной улитки, на расстоянии L_{крепление/желоб}; равном

L_{крепление/желоб}=1/8×πD_желоб,

сверху и снизу направляющая пластина и цилиндрический желоб закрыты крышкой и днищем, что необходимо для плавного входа в цилиндрический желоб по направляющей пластине вращающегося по внутренней боковой стороне слоя капельно-пленочной жидкости, образованного в результате центробежной сепарации капельно-газового потока в спиральной улитке и для закручивания капельно-пленочного слоя в цилиндрическом желобе и тем самым предотвращения выброса капельно-пленочной жидкости обратно в полость спиральной улитки.

В устройстве для мокрой очистки газов к нижнему торцу цилиндрического желоба соосно прикреплен конфузор с углом φ=30°÷45°, который через корпус задвижки и трубопровод соединен с крышкой сборника шлама под углом ψ=30°÷45° к крышке, что по ходу вращения газов внутри сборника шлама необходимо для плавного и эжекционного удаления вращающего капельно-пленочного слоя в сборник шлама с минимальным гидравлическим сопротивлением и возможностью регулирования расхода капельно-пленочной жидкости.

В устройстве для мокрой очистки газов оросители расположены вокруг входного патрубка для газа перпендикулярно его оси и закреплены кронштейнами на его поверхности для увеличения интенсивности, полноты и времени обработки газов капельным потоком, удобства и надежности эксплуатации.

Предлагаемое устройство для мокрой очистки газов поясняется чертежами:

На фиг.1 изображен общий вид устройства;

на фиг.2 - вид устройства сверху;

фиг.3 - сечение А-А спиральной улитки с направляющей пластиной и цилиндрическим желобом;

фиг.4 - сечение Б-Б входного патрубка жидкости с оросителем;

фиг.5 - сечение В-В входного патрубка жидкости с оросителем;

фиг.6 - сечение Г-Г входного патрубка жидкости с оросителем;

фиг.7 - сечение Д-Д кольцевого трубопровода с входным патрубком жидкости с промежуточными трубками и парами сопел.

фиг.8 - вид Е трубопровода и крышки сборника шлама.

Устройство для мокрой очистки газов, включающее входной патрубок 1 для газа с осью 2, выполненный в виде конфузора с углом β=15°÷25° и с тремя рядами отверстий 3, выполненных на поверхности входного патрубка 1 для газа в плоскостях, перпендикулярных оси 2 входного патрубка 1 для газа, вокруг входного патрубка 1 для газа размещено устройство для распыления жидкости, выполненное в виде трех оросителей, каждый из которых состоит из кольцевой трубы 4 с входным патрубком 5 жидкости и промежуточных трубок 6 с парами сопел 7, установленных в отверстиях 3 входного патрубка 1 для газа, причем оросители расположены перпендикулярно оси 2 и закреплены кронштейнами 8 на поверхности входного патрубка 1 для газа, входной патрубок 1 для газа соединен через цилиндрический патрубок 9 и переходник 10 с входом 11 корпуса, корпус выполнен в верхней части в виде улитки 12 с осью 13, угол наклона к горизонтали 14 которой равен =11°÷24°, цилиндрической части 15 и нижней части 16 в виде усеченного конуса с шламовыпускным отверстием 17, сборник 18 шлама с патрубком 19, выходной цилиндрический патрубок 20 для газа, установленный по оси 21 корпуса и жестко закрепленный на его крышке 22, в верхней части 23 выходного цилиндрического патрубка 20 для газа установлен диффузор 24 с углом γ=30°÷45°, на выходном отверстии 25 которого установлена спиральная улитка 26, диффузор 24 соединен с отверстием 27 в центре нижней стороны 28 спиральной улитки 26, на боковой стороне 29 спиральной улитки 26 у выхода 30 выполнено отверстие 31 прямоугольной формы, высота которого равна высоте боковой стороны 29 спиральной улитки 26, к вертикальному краю 32 отверстия 31 прямоугольной формы снаружи боковой стороны 29 спиральной улитки 26 и по ходу движения газового потока внутри спиральной улитки 26 жестко прикреплена направляющая пластина 33 прямоугольной формы под углом θ=155°÷165° к боковой стороне 29 спиральной улитки 26, высота вертикального ребра 34 направляющей пластины равна высоте боковой стороны 29 спиральной улитки 26, другое вертикальное ребро 35 направляющей пластины 33 жестко и сопряженно прикреплено к вертикальному краю 36 отверстия 37 прямоугольной формы цилиндрического желоба 38, высота которого равна высоте боковой стороны 29 спиральной улитки 26, цилиндрический желоб 38 на расстоянии от другого его вертикального края 39 внешней поверхностью жестко прикреплен к другому вертикальному краю 40 отверстия 31 прямоугольной формы улитки 26, ближнему от выхода 30 спиральной улитки 26, сверху и снизу направляющая пластина 33 и цилиндрический желоб 38 закрыты крышкой 41 и днищем 42, к нижнему торцу 43 цилиндрического желоба 38 соосно прикреплен конфузор 44 с углом φ=30°÷45°, который через корпус 45 задвижки 46 и трубопровод 47 соединен с крышкой 48 сборника 18 шлама, трубопровод 47 цилиндрического желоба 38 соединен с крышкой 48 сборника 18 шлама под углом ψ=30°÷45° к крышке 48 по ходу вращения газов внутри сборника 18 шлама. В устройство неочищенный газ подают через входной газоход 49, через выходной газоход 50 очищенные газы удаляют из устройства.

Устройство для мокрой очистки газов работает следующим образом.

Из входного газохода 49 неочищенный газ подают во входной патрубок 1 для газа. Одновременно во входной патрубок 1 для газа распыливается жидкость перпендикулярно газовому потоку посредством трех оросителей устройства для распыления жидкости: жидкость подают во входные патрубки 5 кольцевой трубы 4, промежуточные трубки 6 с парами сопел 7, установленных в отверстиях 3 входного патрубка 1 для газа. Выходящие две струи жидкости из каждой пары сопел 7 в результате их соударения распыляются во входном патрубке 1 для газа в виде мелкодисперсного капельного потока, поперечного пылегазовому потоку в нем. Образующаяся внутри входного патрубка 1 для газа капельно-пылегазовая смесь из входного патрубка 1 для газа, выполненного в виде конфузора с углом β=l5°÷25°, плавно входит в цилиндрический патрубок 9, в котором происходит эффективное в турбулентном скоростном режиме взаимодействие капель жидкости с пылью и газом и далее плавно через переходник 10 подается во вход 11 улитки 12 корпуса с минимальным гидравлическим сопротивлением. В улитке 12, ось 13 которой имеет угол наклона =11°÷24° к горизонтальной касательной линии 14 наружной поверхности корпуса и непосредственно соединенной с цилиндрической частью 15 корпуса, капельно-пылегазовая смесь плавно и поэтому с низким гидравлическим сопротивлением входит в цилиндрическую часть 15 и идет далее вниз по усеченному конусу нижней части 16 корпуса в виде пристеночного нисходящего капельно-пылегазового вихря. Во входном патрубке 1 для газа, цилиндрическом патрубке 9 и переходнике 10 происходят тепломассообменные процессы, а в тангенциальной улитке 12, цилиндрической 15 и нижней части 16 корпуса, кроме тепломассообменных процессов дополнительно осуществляется центробежная сепарация капельно-пылегазовой смеси, вследствие которых происходит абсорбция вредных газов каплями жидкости, осаждение частиц пыли на каплях жидкости, прижатие капель жидкости с уловленными газами и частицами пыли к внутренней поверхности улитки 12, цилиндрической 15 и нижней частей 16 корпуса. В результате газы очищаются от пыли и вредных газовых компонентов, а капли жидкости с уловленными пылью и вредными газами образуют на внутренней поверхности улитки 12, цилиндрической 15 и нижней частей 16 корпуса вращающуюся нисходящую пленку, которая в виде шлама стекает через шламовыпускное отверстие 17 нижней части 16 корпуса в сборник 18 шлама, и через его патрубок 19 шлам удаляется. Грубо очищенные газы с остаточным содержанием вредных газовых компонентов, частиц пыли и капель жидкости в нижней части 16 корпуса разворачиваются на 180° и в виде внутреннего восходящего газового вихря плавно удаляются из корпуса в спиральную улитку 26 через выходной цилиндрический патрубок 20 для газа, диффузор 24 с углом γ=30°÷45° и его выходное отверстие 25, через отверстие 27 в центре нижней стороны 28 спиральной улитки 26. Очищенные газы удаляются из спиральной улитки в выходной газоход 50 очищенного газа через выход 30 спиральной улитки 26. В спиральной улитке 26 происходит дополнительная центробежная сепарация капельно-пылегазового вихря и его раскручивание в прямопоступательный газовый поток на выходе 30 из спиральной улитки 26, благодаря чему происходит дополнительная очистка газов от вредных газовых компонентов, частиц пыли и капель жидкости и одновременно снижение гидравлического сопротивления устройства. Капли жидкости образуют на внутренней поверхности боковой стороны 29 спиральной улитки 26 вращающуюся пленку жидкости, которая удаляется в виде шлама из спиральной улитки 26 через отверстие 31 прямоугольной формы на боковой стороне 29 спиральной улитки 26 у ее выхода 30, и по направляющей пластине 33 пленка жидкости попадает в цилиндрический желоб 38, через отверстие 37 прямоугольной формы в нем. В цилиндрическом желобе 38 пленка жидкости закручивается и тем самым не происходит выброса капельно-пленочной жидкости обратно в спиральную улитку 26. Попадание пленки жидкости в цилиндрический желоб 38 и закручивание пленки жидкости в нем происходит благодаря прикреплению направляющей пластины 33 под углом θ=155°÷165° к поверхности боковой стороны 29 спиральной улитки 26, сопряженному соединению направляющей пластины 33 с отверстием 37 прямоугольной формы цилиндрического желоба, креплению внешней поверхностью цилиндрического желоба 38 к вертикальному краю 40 отверстия 31 прямоугольной формы улитки 26, ближнему от выхода 30 спиральной улитки 26, сверху, а также тому, что снизу направляющая пластина 33 и цилиндрический желоб 38 закрыты крышкой 41 и днищем 42. Вращающая и нисходящая пленка жидкости из цилиндрического желоба 38 удаляется в сборник 18 шлама через нижний торец 43 цилиндрического желоба 38, соосно прикрепленные конфузор 44 с углом φ=30°÷45°, корпус 45 задвижки 46, трубопровод 47 и соединение с крышкой 48 сборника 18 шлама. Вместе с пленкой жидкости возможно эжекционное удаление в сборник 18 шлама капельного аэрозоля благодаря тому, что трубопровод 47 цилиндрического желоба 38 соединен с крышкой 48 сборника 18 шлама под углом ψ=30°÷45° к ее плоскости по ходу вращения газов внутри сборника 18 шлама. Расход капельного аэрозоля регулируется посредством задвижки 46.

Технический результат использования устройства для мокрой очистки газов заключается в снижении гидравлического сопротивления устройства на 2,5÷5,0 кПа при одновременном повышении производительности до 500÷1000 тысяч м³/час и эффективности очистки газов до 99,0÷99,5% в нем.