СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ Российский патент 1995 года по МПК B04C5/18 

Изобретение относится к технологии очистки газов от пыли в теплоэнергетике, черной и цветной металлургии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ очистки газов от пыли, включающий тангенциальную подачу в циклон с верхним осевым выхлопным патрубком очищаемого газа, очистку газа от пыли за счет действия центробежных сил при поступательном движении вращающегося потока сверху вниз с разворотом очищенного потока вверх, при этом в зону разворота потока вводят вспомогательный сжатый газ спутно вращающемуся потоку (патент США N 3199269, кл. 55-261, 1965).

Недостатком этого способа является его малая эффективность из-за невозможности улавливания тонкодисперсной пыли, а также захвата очищенным потоком ссыпающейся пыли в зоне поворота газа. Это происходит из-за того, что пыль, ссыпаясь за счет гравитации в зоне поворота очищенного газа, имеет малую скорость падения, это особенно характерно для тонкодисперсной пыли, имеющей низкую плотность, например котельная сажа топочных газов или древесная мука, образующаяся на деревообрабатывающих станках. В процессе очистки газов пыль под действием центробежных сил выделяется из основного потока. Это происходит в рабочем пространстве циклона, ограниченном корпусом и выхлопной трубой. В зоне поворота очищенного газа поток ограничен только корпусом циклона, вследствие чего скорость газа и потоков пыли резко уменьшается. Газ при таком движении способен формировать завихрения, циркуляцию и обратные течения, которые легко захватывают витающую пыль, находящуюся в зоне поворота газов. Наилучшим режимом движения потока явился бы такой, при котором очищенный поток газов плавно двигался бы в зоне поворота, в потоки пыли получили бы в этой зоне резкое ускорение. Таким образом можно достичь гидравлической отсечки пылевых потоков от очищенного газа и повысить эффективность очистки газов.

Дополнительный поток сжатого газа в виде струй подается по периферии зоны поворота очищенного газа в одном направлении с движущимся очищенным газом. Такая схема подвода сжатого газа позволяет непосредственно воздействовать на пылевые потоки, увеличить их скорость, таким образом прижать к стенке газоочистного аппарата, отсечь от основного потока очищенного газа и направить пыль в пылесборник, исключив вторичный захват пыли уходящим газом.

Задача изобретения - повышение эффективности очистки газов от пыли за счет гидравлического разделения пыли и очищенного газа.

Для этого в способе очистки газов от пыли, включающем тангенциальную подачу запыленного газа, очистку газа от пыли за счет действия центробежных сил, отделение пыли от газа в зоне поворота очищенного газа, в зону поворота очищенного газа в направлении основного газопылевого потока тангенциально подают сжатый газ в виде не более десяти струй, истекающих под наклоном к горизонтальной плоскости под углом 15-90^о, расход которого составляет 0,5 ˙10^-2 - 10 ˙10^-2 м³/м³ очищаемого газа, причем сжатый газ подают увлажненным с влажностью 5-40 г/м³.

Сжатый газ необходимо подавать с расходом до 10˙10^-2 м³/м³ запыленного газа и со скоростью до 40 м/с, что в минимальной степени вызывает возмущение основного потока по причине "прострела" рабочего пространства струей, но в значительной степени действует на более инерционную часть двухфазного потока - пыль. Сжатый газ необходимо подавать в зону поворота очищенного газа, так как в этой области сконцентрировано основное количество пыли. В других зонах подача газа - нерациональна. Например, в зоне центробежного закручивания потока для достижения одинакового с оптимальным эффекта требуется значительно увеличить расход сжатого газа до 20˙10^-2 м³/м³, а при подаче газа в пылесборнике эффективность способа - минимальная, так как пылевыделение располагается в вышележащей зоне. Обычно зона поворота очищенного газа находится в пространстве между срезом выхлопной трубы и пылесборником. В частичности, для циклона ЦН-15 эта зона составляет по высоте 0,5-0,7 D, где D - диаметр циклона.

Число вводимых струй сжатого газа зависит от давления энергоносителя и угла наклона потока. Так, при малых давлениях сжатых газов (до 0,3 МПа) скорость газов в струе будет менее 20 м/с и его дальнобойность не превысит 30 калибров сопла, что требует увеличения числа струй до десяти для равномерного подвода сжатого газа по периферии газопылевого потока. В этом случае необходимо иметь угол наклона осей струй к горизонтальной плоскости в пределах 45-90^о. При давлениях сжатого газа до 1,0 МПа скорость истечения газа при любой форме сопел доходит до 100 м/с, что значительно увеличивает дальнобойность струи. Это позволяет иметь число круток более трех, ограничивает подачу сжатого газа через 1-2 сопла и требует уменьшить угол атаки до 15-45^о. Таким образом, подача сжатого газа под углом 15-90^о к горизонтальной плоскости удовлетворяет цели изобретения, если угол подачи будет менее 15^о, то в этом случае значительная часть энергии газа тратится на соударение потоков и цель изобретения не достигается. Если угол ввода сжатого газа будет более 90^о, то в этом случае дополнительный газ истекает навстречу основному газопылевому потоку, что приведет к повышению турбулизации и перемешиванию газопылевого потока.

Оптимальным расходом сжатого газа является 0,5˙10^-2 10˙10^-2 м³/м³. Если расход газа будет менее 0,5˙10^-2 м³/м³, то в этом случае не обеспечивается достаточного воздействия дополнительного газа на раскрутку пыли. Если расход газа будет более 10˙ 10^-2 м³/м³, то дополнительно вводимый газ значительно турбулизирует основной поток загрязненного газа и затрудняет очистку газов за счет центробежных сил.

Достижению задачи изобретения способствует тот факт, что при истечении дополнительного сжатого газа из сопла происходит снижение температуры как истекающего газа, так и газов, находящихся в зоне поворота очищенного потока. Этому эффекту в значительной степени способствует увлажнению сжатого газа до 5-40 г/м³. Снижение вязкости газов с падением температуры улучшает и интенсифицирует процесс пылевыделения. Кроме того, подача сжатого газа способствует снижению гидравлического сопротивления пылеочистного аппарата, в котором реализуется данный способ очистки газов от пыли.

В качестве сжатого газа можно использовать широко распространенные на предприятиях энергоносители, сжатый воздух, сжатый азот (на металлургических предприятиях), водяной пар и др. Экологическая безвредность и дешевизна позволяют их эффективно использовать для совершенствования очистки газов в действующем газоочистном оборудовании.

Предлагаемый способ имеет отличительные признаки: угол наклона осей струй сжатого газа 15-80^о; расход сжатого газа от 0,5 ˙10^-2 до 10 ˙10^-2 м³/м³ очищенного газа; увлажнение сжатого газа до 5˙10 г/м³, и новые свойства: организация разделения пыли от очищенного газа, формирование благоприятного температурного и гидравлического режимов работы способа, что в совокупности с повышением КПД способа и снижением гидравлического сопротивления позволяет считать данный способ очистки газов более эффективным. Таким образом, предлагаемый способ очистки газов удовлетворяет критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

На фиг. 1 изображено устройство с вводом газа под острым углом, для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - устройство с вводом газа под 90^о.

Устройство содержит входной патрубок 1, цилиндрический корпус 2, в нижней части которого расположен конический пылесборник 3 с пылевым бункером 4. По оси корпуса установлена осевая выхлопная труба 5.

Для повышения эффективности работы устройства к нижней части корпуса тангенциально подсоединен коллектор 6 сжатого газа, для увлажнения последнего предусмотрен тракт 7 подачи воды. Работа устройства характеризуется газопылевым потоком 8, потоками пыли 9, очищенным газовым потоком 10. В корпусе циклона расположена зона 11, в которой происходит поворот очищенного потока 10 на 180^о.

Способ осуществляют следующим образом.

Запыленный газопылевой поток 8 тангенциально поступает через входной патрубок 1 в корпус 2 циклона, в котором во вращающемся потоке 8 происходит отделение пыли от газов за счет действия центробежных сил. Отделенная пыль 9, двигаясь по внутренней поверхности корпуса 2, входит в зону 11 и затем поступает в пылесборник 3 и бункер 4. Очищенный от пыли поток 10 газа удаляется через выхлопную трубу 5. Для повышения эффективности очистки газов от пыли в зону 11 поворота очищенного газа по патрубку подводится через сопла сжатый газ из коллектора 6. Причем патрубок с соплом подсоединен к корпусу тангенциально по направлению движения запыленного потока 8 с наклоном вниз к горизонтальной плоскости под углом 15-90^о. Дополнительное повышение эффективности работы способа можно достичь увлажнением сжатого газа через тракт 7, включающий сопловой насадок для распыления воды, который вводится в тракт подачи сжатого газа, а также запорно-регулирующую и контролирующую аппаратуру.

Отработку способа очистки газов осуществляли на огневом лабораторном котлоагрегате, снабженном центробежным пылеуловителем и системой подвода сжатого воздуха давлением до 0,4 МПа от передвижной компрессорной установки типа 0-22. Расход дыма по тракту (через циклон) составлял до 200 м³/ч, температура дыма на входе в циклон изменялась от 100 до 420^оС, запыленность дымовых газов изменялась от 01, до 1,5 г/м³. В процессе экспериментов отрабатывали рациональную схему подвода в циклон сжатого воздуха и его оптимальное количество, для этого изменяли угол атаки сжатого воздуха на очищаемый поток газов от 10 до 95^о (табл.1) и меняли расход энергоносителя от 0,1˙10^-2 до 15˙10^-2 м³/м³ очищаемого газа (табл.2). Было установлено, что оптимальным углом наклона осей струй сжатого воздуха является 15 - 90^о (табл. 1). В этом интервале достигается цель изобретения. Если угол будет менее 15^оС, то в этом случае энергия струй сжатого воздуха тратится на взаимное соударение и повышения эффективности очистки не достигается. Если угол наклона будет более 90^о, то за счет интенсивной турбулизации газов в пространстве циклона эффективность пылеулавливания также снижается.

Оптимальным расходом сжатого воздуха является количество энергоносителя в пределах 0,5˙10^-2 - 10˙10^-2 м³/м³ очищаемого газа. Если расход сжатого воздуха менее 0,5˙ 10^-2 м³/м³ газа (табл.2), то в этом случае эффективность пылеулавливания остается на уровне прототипа. Если расход сжатого воздуха более 10˙10^-2 м³/м³ газа, то в этом случае нарушается стабилизация процесса, так как избыточное количество энергоносителя нарушает гидравлический и скоростной режим осуществления способа, в результате чего повышение эффективности очистки газов - минимальное. Увлажнение дополнительно вводимого в поток очищаемого газа сжатого воздуха способствует более эффективной коагуляции пыли, в результате чего она более эффективно отделяется сжатым газом от очищаемого газа (табл.3). Оптимальной влажностью является предел 5-40 г/м³, в котором достигается наибольший эффект пылеулавливания 82-95%. Если влажность энергоносителя менее 5 г/м³, то в этом случае эффективность очистки аналогична эффективности без увлажнения. Если влажность сжатого воздуха более 40 г/м³, то в этом случае не происходит роста эффективности очистки газа, а затраты на подачу воды, ее распыливание и удаление шлама возрастают, что экономически нецелесообразно. При влажности сжатого газа 5-40 г/м³ шлам не образуется, так как вода испаряется за счет тепла очищаемого газа.

Использование: для очистки газов от пыли в теплоэнергетике, черной и цветной металлургии. Сущность изобретения: способ включает тангенциальную подачу газопылевого потока и очистку газа от пыли за счет действия центробежных сил. Отделение пыли от газа в зоне поворота очищенного газа осуществляют путем подачи сжатого газа в эту зону. Сжатый газ подают в виде струй, истекающих под углом 15-90° к горизонтальной плоскости. Расход газа составляет 0,5-10^-2-10·10^-2 м³/м³ очищенного газа. При этом сжатый газ подают увлажненным с влажностью 5-40 г/м³ . 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ, включающий тангенциальный ввод в циклон с верхним осевым выхлопным патрубком очищаемого газа, очистку газа от пыли за счет действия центробежных сил при поступательном движении вращающегося потока сверху вниз с разворотом очищенного потока вверх, при этом в зону разворота потока вводят вспомогательный сжатый газ спутно вращающемуся потоку, отличающийся тем, что сжатый газ подают под углом 15 - 90^o к горизонтальной плоскости, а его расход составляет (0,5 - 10) · 10^-2 м³/м³ очищенного газа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сжатый газ подают увлажненным с влажностью 5 - 40 г/м³.