АППАРАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГАЗА Российский патент 1996 года по МПК B01D47/02 

Изобретение относится к средствам очистки и тепломассообменной обработки газов и может быть использовано в химической и топливоэнергетической промышленности, в частности в отопительных котельных на любом топливе.

Известен коагуляционно-центробежный мокрый пылеуловитель включающий корпус, внутри которого расположена труба Вентури с разбрызгивающими соплом и закручивающим устройством, выполненным в виде цилиндрического патрубка, на наружной и внутренней поверхностях которого укреплены касательно спиральные лопасти, а по оси размещен рассекатель с конусом, в нижней части образующий с лопастями спиральные каналы, примыкающие касательно к внутренней поверхности корпуса [1]
Недостатком указанного пылеуловителя является значительное его аэродинамическое сопротивление, требующее использования высоконапорных вентиляторов и существенного расхода электроэнергии, а также наличие возможности брызгоуноса благодаря размещению устройства для подачи жидкости практически перед газовыбросным патрубком.

Наиболее близким аналогом к изобретению является устройство для обработки газов, включающее корпус с тангенциальным патрубком ввода газа и штуцерами ввода и вывода жидкости, вертикальную выхлопную трубу, установленную соосно с корпусом, сепаратор, патрубок отвода газа и закручиватель, выполненный в виде частично перекрывающих друг друга и сечение трубы лопаток, имеющих форму прямоугольной трапеции и прикрепленных к корпусу большим основанием, а верхними кромками к трубе, при этом верхние кромки лопаток перекрывают сечение трубы [2]
Недостатками известного устройства являются необходимость поддержания заданного уровня жидкости в нижней части корпуса (поддоне), что представляет существенные неудобства в осуществлении надежного режима работы, а также невысокая эффективность срыва капель с поверхности жидкости и дальнейшее их инжектирование в полость выхлопной трубы, что снижает поверхность контакта взаимодействующих сред и эффективность обработки газа.

Технический результат изобретения повышение надежности работы и эффективности процессов обработки газа при снижении энергетических затрат.

Технический результат достигается тем, что в аппарате для обработки газа исключена необходимость поддержания определенного уровня жидкости в поддоне, а повышение эффективности обработки газа достигается путем создания достаточно развитой поверхности контакта жидкости с газом за счет контакта последнего со стекающими из распределительной камеры по стенкам корпуса трубы и лопатками пленками жидкости с последующим подхватом потоком газа капель жидкости с нижнего обреза трубы на уровне которого размещен низ тангенциального газоподающего патрубка и лопаток и инжектированием их в полость выхлопной трубы с образованием очагов нестабильной пены, чему также способствует закручивание газового потока по трапецеидальным лопаткам, выгнутым по форме цилиндрической поверхности и установленным вогнутой стороной навстречу газовому потоку.

Немаловажными дополнительными стадиями обработки газа являются контакт его с капельной влагой при совместном движении капель жидкости и газа по верхней части полости трубы и выходе из среза трубы в сепарационную камеру с поворотом газового потока на выход в газоотводное отверстие, при этом верхние торцы выхлопной трубы и сепарационной камеры выполнены со срезом под острым углом к горизонтальной оси и с противоположным наклоном, а верхний торец сепарационной камеры заглушен.

Результат достигается также тем, что имеется отбойная пластина, размещенная ниже днища распределительной камеры, лопатки закручивателя выполнены в виде прямоугольных трапеций, выгнутых по форме цилиндрических поверхностей и установленных вогнутой стороной навстречу газовому потоку с перекрытием сечения трубы на величину не более 1/3 длины хорды, проведенной по касательной к лопатке в точке пересечения ее верхнего торца с трубой, что способствует лучшему закручиванию газового потока, инжектирующего в выхлопную трубу капли и пленки жидкости, стекающей из дополнительно выполненной распределительной камеры по поверхности выхлопной трубы и растекающейся вдоль лопаток с образованием в последующем внутри выхлопной трубы очагов нестабильной пены.

Выполнение в кольцевом пространстве, выше газоподающего патрубка, распределительной камеры с равномерно расположенными штуцерами, подающими жидкость на сплошной потолок и днищем, установленным с зазором от стенок корпуса и выхлопной трубы, обеспечивает равномерное стекание жидкости по поверхностям корпуса и трубы, а также создание сепарационной камеры за счет перекрытия срезов трубы и корпуса с поворотом газового потока на 180^o и отведением уловленной и сконденсированной жидкости через штуцер в распределительную камеру обеспечивают исключение необходимости заполнения поддона жидкостью и поддержание уровня жидкости в нем, что позволяет улучшить качество обработки газа при снижении аэродинамического сопротивления и повысить надежность работы аппарата.

На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый аппарат в двух проекциях, на фиг. 3 разрез А-А на фиг.1, на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.2.

Аппарат для обработки газа включает корпус 1, состоящий из нижней части
поддона 2 и верхней части, образующей сепарационную камеру 3. Сепарационная камера 3 отделена от кольцевого пространства между корпусом и выхлопной трубой 4, расположенным соосно с корпусом, сплошным кольцевым потолком 5, прикрепленным к выхлопной трубе 4. Ниже кольцевого потолка 5, выше тангенциального газоподводящего патрубка 6 на выхлопной трубе 4 закреплено с зазором от стенок корпуса 1 и трубы 4 днище 7. Пространство между потолком и днищем 7 образует распределительную камеру 8 для жидкости. В кольцевом потолке 5 закреплен штуцер 9 для отвода конденсата из сепарационной камеры 3. В распределительную камеру 8 введены под углом к горизонту штуцеры 10 для подачи жидкости в сторону потолка 5. Ниже днища 7 по сегменту, перекрывающему выходное отверстие входного патрубка, 6 установлена отбойная пластина 11, расположенная под углом к набегающему потоку газа и отклоняющая его в сторону входа в выхлопную трубу 4.

К сепарационной камере 3 присоединен выходной патрубок 12 отвода газа, к выхлопной трубе 4 снизу примыкают лопатки 13 закручивателя газового потока. К корпусу 1 может потолком 5 и днищем 7 прикреплены патрубки 14 для прочистки зазоров между торцами днища 7, корпусом 1 и трубой 4. Поддон 2 снабжен сливным штуцером 15 для вывода жидкости. Сепарационная камера 3 имеет закрытый крышкой люк 6 для чистки камеры.

Аппарат для обработки газа работает следующим образом.

Через штуцеры 10 на потолок 5 распределительной камеры подается жидкость (раствор, либо морская вода), которая стекает с него на днище 7, а затем начинает равномерно переливаться через него в зазоры между краями днища 7, стенками корпуса 1 и выхлопной трубы 4, стекая по этим стенкам вниз, образуя на стенках пленки жидкости. Подлежащий обработке высокотемпературный газ (например из отопительного котла котельной) поступает через тангенциальный входной патрубок 6 в кольцевое пространство между корпусом 1 и выхлопной трубой 4, а затем, совершая обороты вокруг трубы 4, опускается вниз, при этом вступает во взаимодействие со сливающимися по стенкам корпуса и выхлопной трубой пленками жидкости раствора. В результате происходят химические реакции абсорбции содержащихся в газе оксидов и окислов, а также процессы образования пара и коагуляции твердых частиц, содержащихся в газе и отбрасывание их на стенки корпуса 1 и трубы 4, а также стекание их вниз вместе с пленками жидкости (раствора) и потоком газа. Следует отметить, что так как газовый поток входит в кольцевое пространство между корпусом 1 и трубой 4 с большой скоростью (порядка 15 м/с) и направлен по касательной к стенке корпуса 1, то основная его масса взаимодействует с пленкой раствора, стекающей по стенке корпуса 1, а меньшая часть с пленкой, стекающей по стенке трубы 4.

Следовательно, сливающаяся по трубе 4 пленка жидкости раствора только частично успевает вступить во взаимодействие с газовым потоком, т.е. содержит в основном еще не отработавший раствор. Опускаясь вниз, поток газа вместе с образовавшимся паром, жидкостью и скоагулированными твердыми частицами, достигает лопаток 13 закручивателя, смачивает их жидкостью раствора, благодаря чему они также принимают участие в обработке газа, но главное их назначение образовать закрученные по спирали струи газа вместе с паром, сорванными из пленок каплями раствора и твердыми частицами, которые устремляются в трубу 4. Часть твердых частиц, успевших скоагулировать, попадает в конусную часть поддона 2, сливается вместе с частью раствора через сливной штуцер 15. Устремляющийся в трубу газ, вместе с каплями раствора, паром и твердыми частицами, благодаря форме лопаток 13, выгнутых по цилиндрической поверхности и расположенных вогнутой стороной навстречу потоку газа, образует закрученные струи, а также одновременно разделяется на отдельные объемы, которые, проходя между лопатками 13, дополнительно ускоряются и подкручиваются, приобретая интенсивное вихревое движение в виде нескольких взаимодействующих потоков. Вихревые потоки создают в трубе 4 кипящий псевдосжиженный объем, состоящий из вихревых потоков газа с неуспевшими скоагулировать твердыми частицами, капель раствора, часть которого еще не успела вступить в реакцию абсорбции (эта часть в основном состоит из стекающей по наружной стенке трубы 4 жидкости, а также пара), при этом в трубе 4 создаются очаги нестабильной пены.

Кипящий слой способствует более интенсивному протеканию различных процессов, в том числе и химических реакций. Таким образом, в выхлопной трубе 4 осуществляется вторая ступень очистки газа за счет интенсивных химических реакций абсорбции окислов и оксидов, а также происходит коагуляция твердых частиц и отбрасывание их на внутреннюю поверхность трубы 4, по которой они опускаются в поддон 2 и далее попадают на слив вместе с частью сливающегося раствора.

Выходящий из трубы 4 газ, очищенный в основном от окислов и оксидов, а также от твердых частиц, попадает в сепарационную камеру 3, где ударяется в наклоненную под острым углом к горизонту часть крышки сепарационной камеры, отражается от нее, ударяется о внутреннюю поверхность камеры, причем во время соударений с крышкой и с корпусом газ оставляет на них унесенные из трубы 4 капли раствора, которые коагулируют и срываются с наклонной крышки и стенок, падают вниз и далее возвращаются в трубу 4.

Падающие из камеры 3 в трубу капли снова встречаются с потоком газа и та часть из них, которая ранее не успела вступить в химическую реакцию, осуществляют ее. Отраженный от внутренней поверхности корпуса каплеотделителя газ, обогнув срезанную под острым углом трубу 4, устремляется в выходной патрубок 12.

Таким образом, в заглушенной сверху сепарационной камере 3 происходит не только каплеотделение, но и завершается химическая реакция абсорбции, т.е. осуществляется третья ступень очистки газа.

Аппарат по принципу действия, обеспечиваемого новой совокупностью существенных признаков, позволяет осуществлять эффективную очистку газа. Высокая технологическая эффективность процессов обработки газа достигается за счет организации в предлагаемом устройстве трех ступеней очистки газа, осуществляемых за счет подачи раствора в кольцевое пространство между корпусом и выхлопной трубой, интенсивным закручиванием (завихрением) потоков газа, поступающего в выхлопную трубу и образующего там пенный слой, лопатками выгнутыми по цилиндрическим поверхностям и установленных вогнутой стороной навстречу потоку газа, а также осуществление завершающей стадии химических реакций абсорбции окислов и оксидов в сепарационной камере.

Использование: очистка и тепломассообменная обработка газов в химической и топливно-энергетической промышленности, в частности в отопительных котельных на любом топливе. Сущность изобретения: обрабатываемый газ поступает в корпус через входной патрубок тангенциально со скоростью 12-15 м/с, совершая оборот по внутренней поверхности корпуса, при этом отброшенные на стенки корпуса смоченные зольные частицы коагулируют и вместе с пленками жидкости частично стекают в поддон, а взвешенные в газе зольные частицы вместе с жидкостью, стекающей по выхлопной трубе, попадают на закручивающие пластины. Закрученные лопатками потоки газа вместе с каплями жидкости (и неуспевшими скоагулироваться зольными частицами) поступают в выхлопную трубу, где образуют очаги нестабильной пены, способствующей коагуляции твердых частиц и выпадению их в поддон, откуда они удаляются вместе с жидкостью. Обработанный в выхлопной трубе газ, пройдя через сепарационную камеру, удаляется из аппарата через выходной патрубок. Высокая степень очистки газа в аппарате достигается за счет осуществления трех ступеней очистки - в междутрубном пространстве между корпусом и выхлопной трубой, в выхлопной трубе, в которой осуществляется основная ступень обработки газа нестабильной пеной, и в сепарационной камере. 4 ил.

Аппарат для обработки газа, содержащий корпус с тангенциальным газоподающим патрубком и патрубком отвода газа, штуцер вывода жидкости, вертикальную выхлопную трубу, установленную соосно с корпусом, сепарационную камеру, закручиватель, выполненный в виде равномерно распределенных по сечению корпуса, лопаток, установленных с частичным перекрытием друг друга и сечения трубы, имеющих форму прямоугольной трапеции, прикрепленных к корпусу и размещенных с примыканием к нижнему обрезу трубы, отличающийся тем, что он снабжен распределительной камерой для жидкости, выполненной со сплошным кольцевым потолком и днищем, установленным с зазором от стенок корпуса и выхлопной трубы, сообщенной с сепарационной камерой посредством штуцера для отвода конденсата, пропущенного через кольцевой потолок, и имеющей штуцеры для подачи жидкости, установленные на расстоянии друг от друга под углом к горизонтальной оси с ориентацией в сторону потолка камеры, отбойной пластиной, размещенной ниже днища распределительной камеры по ширине выходного отверстия газоподающего патрубка и с наклоном в сторону входного отверстия выхлопной трубы, при этом низ газоподающего патрубка выполнен на уровне нижнего обреза выхлопной трубы, лопатки закручивателя изогнуты в виде цилиндрической поверхности, ориентированы вогнутой стороной навстречу набегающему потоку газа и установлены с перекрытием сечения трубы на величину не более 1/3 длины хорды, проведенной по касательной к лопатке в точке пересечения ее верхнего торца с трубой, верхние торцы выхлопной трубы и сепарационной камеры выполнены со срезом под острым углом к горизонтальной оси и с противоположным наклоном, а верхний торец сепарационной камеры заглушен.