ПРОМЫШЛЕННЫЙ СКРУББЕР Российский патент 1995 года по МПК B01D47/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике, непосредственно к очистке дымовых газов от твердых частиц и вредных газообразных примесей при сжигании твердого топлива, и может быть применено на тепловых электростанциях и в промышленности с топливоиспользующими установками на твердом топливе.

Известен пылеуловитель [1], содержащий пылеосадительную камеру с орошаемыми осадительными элементами и размещенную под нижними торцами осадительных элементов систему орошения с раздаточными отверстиями.

Наряду с рядом преимуществ (высокая степень очистки газа, низкое аэродинамическое сопротивление, снижение брызгоуноса и др.) известному пылеуловителю присущи следующие недостатки:
- пониженные надежность и экономичность работы вследствие сноса струй воды при воздействии на них запыленного газового потока;
- повышенная материалоемкость в связи с тем, что в качестве рабочих поверхностей использовано только 50% общей поверхности пылеосадительных элементов.

Известен также промышленный скруббер [2] для очистки горячих дымовых газов от твердых частиц и вредных газообразных примесей, содержащий пылеосадительную камеру, обрамленную двумя параллельно установленными боковыми стенками, съемной крышкой и наклонным основанием с уклоном к выходу очищенного газа из камеры, с установленными на нем в несколько рядов большим количеством вертикальных труб, размещенных в шахматном порядке (со смещением в рядах). В основании также имеются устройства для закрепления труб и удаления из скруббера шлама. Верхние концы труб вставлены в направляющие и дистанционирующие съемные втулки, которые поджимаются к трубам при помощи пластины. Пластина расположена неподвижно на небольшом расстоянии от верхних торцов труб.

Это устройство имеет следующие недостатки:
- недостаточная эффективность очистки газов вследствие образования застойных зон перед и за каждой трубой при обтекании запыленным потоком, что приводит к увеличению общего количества труб, росту металлоемкости и аэродинамического сопротивления устройства;
- недостаточная экономичность вследствие повышенного расхода воды и энергии на ее прокачку из-за разбрызгивания, нерационального использования воды при смачивании поверхностей труб в застойных зонах, не используемых для осаждения твердых частиц и неравномерности распределения расхода воды между трубами;
- низкие надежность и долговечность вследствие быстрого абразивного износа стенок труб золой и нарушения их плотности, а также недостаточно надежного удаления шлама из скруббера;
- повышение металлоемкости и затраты из-за сложности конструкции с подводом чистой воды и отводом шлама через нижнюю часть (основание) скруббера, необходимости применения брызгоуловителя, сложности обеспечения равномерности распределения воды по трубам и регулирования режима ее истечения.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки газа, надежности и экономичности работы.

Указанная цель достигается тем, что наклонное основание выполнено с уклоном к входу газового потока в пылеуловительную камеру, герметичная водяная камера разделена плотными перегородками на отдельные поперечные секции, включающие один или несколько рядов осадительных элементов, а трубопровод смывной жидкости подключен к каждой из этих секций через индивидуальный, независимый регулирующий орган, причем желоб для слива шлама дополнительно снабжен побудительным водяным соплом, ориентированным вдоль желоба по оси трубопровода для слива шлама.

Дополнительными существенными отличиями объекта изобретения для устранения прохода неочищенного газа около боковых стенок является то, что величины расстояний между вертикальными боковыми стенками и поверхностями прилежащих к ним крайних в рядах цилиндрических пылеосадительных элементов не превышают половины их диаметра, но не менее толщины зазора для выхода орошающей жидкости из водяной камеры на осадительные элементы, причем при наибольших значениях этих расстояний в пластине у боковых стенок в соответствующих рядах осадительных элементов установлены дополнительные сопла, направленные вертикально вниз, вдоль внутренних поверхностей боковых стенок пылеуловительной камеры.

На фиг. 1 показан скруббер, общий вид; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.3 - установка цилиндрического осадительного элемента у боковой стенки совместно с дополнительным соплом; на фиг.4 - то же, вид сверху; на фиг.5 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.6 - то же, вид сверху.

Промышленный скруббер содержит пылеуловительную камеру 1, образованную двумя параллельно установленными боковыми стенками 2, орошаемые осадительные элементы 3 цилиндрической формы, установленные вертикально в наклонном основании 4, выполненном с уклоном от выходного окна 5 к входному окну 6 и снабженном желобом 7 для слива шлама, к которому подключен трубопровод 8 и побудительное водяное сопло 9, направленное вдоль желоба по оси трубопровода (в плане). Над осадительными элементами 3 установлена герметичная камера 10, состоящая из горизонтальной съемной крышки 11 и пластины 12 (доски) с конусообразными отверстиями 13, обращенными меньшими сечениями 14 вниз и имеющими диаметры, превышающие наружные диаметры соответствующих осадительных элементов 3, зафиксированных верхними концами 15 в этих отверстиях 13 при помощи закручивающих шлицев 16, размещенных в образованных зазорах 17 переменного сечения: между стенками конических отверстий 13 и концами 15 элементов 3. Закручивающие шлицы 16 каждой пары смежных осадительных элементов 3 в соседних рядах и в ряду имеют противоположный угол закрутки, а сами элементы 3 выполнены с уменьшением диаметра порядно по ходу газа и установлены с изменением шага, соответствующим изменению диаметра элементов. Герметичная камера 10 разделена на несколько секций 18 поперечными плотными перегородками 19, установленными вдоль рядов отверстий 13, а каждая из секций 18 соединена трубопроводом 20, снабженным индивидуальным регулирующим органом 21 с регулируемым (общий регулятор 22) подводом 23 воды. Крайние в рядах элементы 3 установлены на расстояниях их поверхностей от боковых стенок 2, не превышающих половины диаметра соответствующих элементов 3, но не менее толщины зазоров 17 в выходных (нижних) сечениях отверстий 13. При максимальных значениях этих расстояний в пластине 12 у боковых стенок 2 в соответствующих рядах элементов 3 установлены дополнительные сопла 24, направленные вертикально вниз вдоль внутренних поверхностей боковых стенок 2 пылеуловительной камеры 1.

Промышленный скруббер работает следующим образом.

Дымовые газы, выходящие из конвективной шахты котла, поступают на вход скруббера через входное окно 6 в пылеуловительную камеру 1 и обтекают наружные поверхности орошаемых осадительных элементов 3 цилиндрической формы и наклонное основание 4. Вследствие уклона последнего к входному окну 6 твердые частицы, летящие в потоке очищаемого газа в горизонтальной плоскости, более эффективно (по сравнению с прототипом) захватываются пленкой жидкости (шлама), образуемой на поверхности основания 4, и улавливаются. Орошающая вода через общий регулятор 22 по трубопроводам 20 подводится под давлением к каждой из секций 18 герметичной камеры 10 через индивидуальные регулирующие органы 21, откуда через каналы винтообразной формы, образованные между закручивающими шлицами 16 в зазорах 17, поступает в виде высокоскоростных тангенциальных струй на цилиндрические поверхности осадительных элементов 3, образуя на них сплошную водяную пленку с движением жидкости в ней по спирали при стекании сверху вниз. За счет перепадов давления, создаваемых при сложении и вычитании скоростей потока и закрученных водяных пленок на смежных элементах 3, застойные зоны у их поверхностей в значительной степени уменьшаются, кроме того, разрушается пограничный слой газа у поверхностей элементов 3, препятствующий осаждению наиболее мелких фракций золы из запыленного потока. В отличие от прототипа органами 21 устанавливают оптимальные расходы воды в каждую из секций 18, при безотрывности водяной пленки и отсутствии брызгоуноса с максимальной эффективностью улавливания твердых частиц в каждом из рядов соответствующей секции 18. Оптимальное распределение расходов воды между секциями 18 в зависимости от расхода газа и степени запыленности может быть определено на стадии наладки устройства и зафиксировано в режимных картах. Например, при малой запыленности по сравнению с расчетной подвод воды на отдельные секции 18 может быть отключен с экономией энергозатрат на ее прокачку. Проход неочищенного газа через скруббер в пристенных зонах (у боковых стенок 2) предотвращается выбором величины расстояний между стенками 2 и поверхностями прилегающих к ним крайних в рядах элементов 3. Принимая, например, максимальные диаметры элементов 100 мм в первом ряду устройства и минимальные - 10 мм в последнем ряду, максимально принимаемые расстояния от боковых стенок 2 в рядах будут изменяться от 50 мм до 5 мм, причем дальнейшее увеличение этих расстояний не позволит предотвратить проход неочищенного газа в пристенных областях, а в данном случае предусмотрена установка в пластине 12 дополнительных вертикальных водяных сопел 24, направленных вдоль внутренних поверхностей боковых стенок 2 в соответствующих рядах, т.е. в узких проходных сечениях. При этом выходящая из сопел 24 вода образует дополнительные пленки на стенках 2, сокращает проходные сечения для газа и повышает эффективность улавливания твердых частиц в этих зонах. При толщине пленок порядка 2 мм в последнем ряду проходное сечение будет сокращено в этом случае с 3 мм до 1 мм, что является приемлемым для предотвращения проскока неочищенного газа. Минимальная величина этого расстояния ограничивается предотвращением касания вращающейся водяной пленки на крайних элементах 3 с боковыми стенками 2, во избежание нарушения режимов истечения и полного смачивания поверхности элементов 3, однако уменьшение этого расстояния до минимальной величины, определяемой толщиной зазоров 17 в выходных сечениях отверстий 13, увеличивает общее количество элементов 3 и металлоемкость устройства в целом. Поэтому обоснованно эти расстояния должны приниматься в заявляемых пределах. Уловленные водяными пленками на названных элементах устройства (т.е. осадительных элементов 3, боковых стенках 2 и наклонном основании 4) твердые частицы увлекаются стекающей под действием гравитационных сил орошающей жидкостью и в виде образующегося шлама поступают по наклонному основанию 4 в желоб 7, по трубопроводу 8 удаляются в систему гидрозолоудаления, а очищенный газ через выходное окно 5 пылеуловительной камеры 1 отводится в атмосферу. В отличие от прототипа в дополнительное сопло 9 подается вода под давлением и вследствие направленности этого сопла 9 вдоль желоба 7 и по оси трубопровода 8 (при виде сверху - в плане) высокоскоростным водяным потоком ускоряется процесс удаления шлама из желоба 7 и предотвращается отложение шлама на дне желоба 7 и в трубопроводе 8. В результате этого увеличивается надежность работы скруббера и его производительность при тех же габаритах и металлоемкости. Очистка газового потока от вредных газов, растворимых в воде (например, диоксид серы), производится при контакте газового потока с пленкой воды на поверхностях орошаемых элементов скруббера и вследствие их большей площади по сравнению с прототипом этот процесс в заявляемом объекте изобретения также имеет более высокую эффективность.

Таким образом, в предлагаемом промышленном скруббере по сравнению с прототипом изобретения обеспечивается:
- повышение эффективности очистки запыленного газа от твердых частиц и вредных газообразных примесей за счет предотвращения прохода неочищенного газа в пристенных зонах около боковых стенок 2, оптимального распределения орошающей жидкости между осадительными элементами 3 и дополнительного осаждения твердых частиц на наклонном основании 4;
- повышение надежности работы предотвращением забивания шламом устройства для слива шлама за счет установки дополнительного побудительного сопла 8;
- повышение экономичности работы за счет снижения необходимого расхода орошающей жидкости и энергии на ее прокачку при оптимальном распределении жидкости по секциям герметичной камеры 10 и на осадительных элементах 3.

Изобретение предложено в ходе разработки малогабаритных систем очистки пылегазовых потоков.

Вследствие отсутствия исходных данных по промышленному использованию прототипа и заявляемого объекта экономический эффект оценен обобщенно от повышения эффективности улавливания твердых частиц при сжигании топлива на 0,5%. Сокращение экологического ущерба, причиняемого выбросами пыли, золы и несгоревших частиц уноса. При этом условная токсичность золы принята 70 усл.т./т, содержание золы в топливе - до 40%.

Практическая реализация скруббера возможна как на вновь проектируемом, так и на действующем топливоиспользующем оборудовании (котельных агрегатах, печах и др.), в котором сжигается твердое топливо.

Использование: теплоэнергетика, непосредственно - очистка дымовых газов от твердых частиц и вредных газообразных примесей при сжигании твердого топлива на тепловых электростанциях и в промышленности в топливоиспользующих установках на твердом топливе. Сущность изобретения: в конструкции скруббера использованы плотные поперечные перегородки, которыми герметичная водяная камера разделена на несколько поперечных секций с подводом к ним орошающей жидкости через индивидуальные регулирующие органы, и установка наклонного основания с уклоном от выходного к входному окну пылеуловительной камеры; желоб для слива шлама дополнительно снабжен побудительным водяным соплом, ориентированным вдоль желоба по оси трубопровода для слива шлама. Величины расстояний между боковыми стенками и поверхностями прилежащих к ним осадительных элементов не превышают половины их диаметра, но не менее толщины зазоров в выходных сечениях конусообразных отверстий, причем при наибольших значениях этих расстояний в пластине у боковых стенок установлены дополнительные сопла, направленные вертикально вниз, вдоль внутренних поверхностей боковых стенок пылеуловительной камеры. 2 з.п. ф-лы. 6 ил.

1. ПРОМЫШЛЕННЫЙ СКРУББЕР, содержащий пылеуловительную камеру с боковыми стенками, наклонным основанием и осадительными вертикальными элементами цилиндрической формы, размещенными порядно в шахматном порядке, систему орошения, снабженную трубопроводом подачи орошающей жидкости, выполненную в виде герметичной водяной камеры, разделенной на отдельные поперечные секции перегородками, ограниченной горизонтальной крышкой и параллельной ей пластиной с отверстиями, имеющими диаметры, превышающие наружные диаметры установленных в них концов осадительных элементов, желоб для слива шлама с трубопроводом, отличающийся тем, что водяная камера размещена над осадительными элементами, отверстия ее выполнены конусообразными и обращены меньшим основанием вниз, при этом осадительные элементы зафиксированы в отверстиях посредством закручивающих шлицов, закручивающие шлицы каждой пары смежных осадительных элементов в ряду и в соседних рядах имеют противоположный угол закрутки, секционные перегородки водяной камеры выполнены сплошными и установлены вдоль рядов отверстий с осадительными элементами, трубопровод подачи жидкости подключен к каждой из секций водяной камеры через индивидуальные регулирующие органы, наклонное основание пылеуловительной камеры выполнено с уклоном от выхода к входу, а желоб для слива шлама снабжен побудительным водяным соплом, ориентированным по оси трубопровода для слива шлама. 2. Скруббер по п.1, отличающийся тем, что величина расстояний между боковыми стенками пылеуловительной камеры и крайними в ряду осадительными элементами установлена в пределах не более половины их диаметра, но не менее величины зазоров в выходных сечениях конусообразных отверстий, при этом в рядах осадительных элементов с наибольшим значением этого расстояния пластина водяной камеры выполнена с дополнительными соплами, ориентированными вертикально вниз, вдоль внутренних поверхностей боковых стенок пылеуловительной камеры. 3. Скруббер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что цилиндрические осадительные элементы выполнены с уменьшением диаметра порядно, по ходу газа и установлены с изменением шага, соответствующим изменению диаметра элементов.