ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК B01D47/04 B01D47/12 

Изобретение относится к технике очистки технологических и вентиляционных газов от твердых частиц аэрозолей и газообразных примесей и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где имеется необходимость очистки и охлаждения высокотемпературных газов, раздельного улавливания газов и твердых частиц аэрозолей.

Известен пенно-струйный аппарат, содержащий вертикальный корпус, системы раздачи орошающей жидкости с соплами, бак с орошающей жидкостью, каплеуловитель (Установка со струйно-пенным аппаратом УСПА. Информационный листок о научно-техническом достижении N90-1447.-М.: ВИМИ, 1990).

Недостатком данного аппарата является интенсивный разогрев бака из-за контакта высокотемпературных газов со стенками бака и связанное с этим образование твердых отложений на стенках бака, невозможность раздельного улавливания газов и твердых частиц аэрозолей.

Наиболее близким по конструкции является аппарат, содержащий корпус, расположенный коаксиально с ним газоход, баки с орошающими жидкостями, струеобразователь, патрубки ввода и вывода газов и систему орошения (FR 2247272, 1975 г.)
Однако этот аппарат не обеспечивает высокой степени очистки и охлаждения запыленных высокотемпературных газов, поскольку используемый низконапорный осевой вентилятор не обеспечивает образования пенного слоя. Стабильная работа данного аппарата невозможна, так как в верхней части корпуса аппарата установлены каплеотбойные решетки, которые при очистке запыленных высокотемпературных газов зарастают отложениями уловленной пыли. Аппарат имеет повышенную материалоемкость, так как баки струйного скруббера расположены вне единого корпуса аппарата.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение степени очистки и охлаждения высокотемпературных запыленных газов и снижение материалоемкости.

Сущность изобретения
Технический результат достигается тем, что струеобразователь имеет кольцевую камеру, цилиндрические газоход и корпус аппарата образуют вместе со струеобразователем пенно-струйный безнасадочный скруббер, а нижняя часть газохода имеет юбку из двух встречных конических обечаек, расположенную выше уровня жидкости в баках; каналы кольцевой камеры струеобразователя направлены в центр аппарата; патрубок ввода очищаемого газа имеет чечевицеобразную форму, образованную соединением двух частей обечаек большего диаметра; баки с орошающими жидкостями расположены коаксиально, и в кольцевом баке установлен холодильник.

Техническое решение соответствует критериям промышленной применимости, новизны и изобретательского уровня.

На фиг. 1 показан общий вид тепломассообменного аппарата; на фиг. 2 показан разрез аппарата по горизонтали на высоте кольцевой камеры; на фиг. 3 - разрез аппарата по горизонтали на высоте патрубка подачи очищаемых газов; на фиг. 4 - разрез баков по горизонтали.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Тепломассообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого коаксиально расположен газоход 2, образующий с форсункой 3 полый скруббер, а со струеобразователем с кольцевой камерой 4 - пенно-струйный безнасадочный скруббер, водяных насосов с фильтрами 5 и 6, центрального 7 и кольцевого 8 баков, расположенных коаксиально, патрубков ввода 9 и вывода 10 газов, патрубков слива орошающей жидкости 11 и 12, каплеуловителя 13, юбки 14 и холодильника 15.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

Очищаемые высокотемпературные газы, содержащие твердые и газообразные загрязняющие вещества, через патрубок 9 тангенциально подают в газоход 2, где их орошают форсункой 3. В газоходе 2 происходит интенсивное испарение орошающей жидкости (например, воды) и за счет этого резкое охлаждение газов. Содержащиеся в газах твердые частицы аэрозоля ударяются об омываемую орошающей жидкостью поверхность газохода, улавливаются и стекают с ней в центральный бак 7.

Очистка газов от твердых частиц аэрозоля осуществляется и каплями распыленной жидкости. Орошающую жидкость от центрального бака 7 фильтруют и насосом 5 вновь подают в форсунку 3.

Для предотвращения попадания орошающей жидкости полого скруббера в кольцевой бак 8, а орошающей жидкости пенно-струйного безнасадочного скруббера - в центральный бак 7 газоход 2 в нижней части имеет юбку 14 из двух встречных обечаек, расположенную выше уровней жидкости в баках.

Нерастворимая часть твердых частиц аэрозоля оседает на дно центрального бака 7 и образует шлам, который по мере необходимости удаляют на переработку или захоронение.

Очищенные от твердых частиц аэрозоля и насыщенные парами воды газы из полого скруббера поступают в зазор, образованный цилиндрическими корпусом 1 и газоходом 2, в котором струеобразователь с кольцевой камерой 4 создает струйную решетку орошающей жидкостью (например, водным раствором щелочи), подхватываемой очищаемыми газами с образованием высокотурбулизированного пенного слоя, где происходит дальнейшее охлаждение газов и их очистка от газообразных загрязняющих веществ. Контакт пенного слоя с внешней стенкой газохода 2 позволяет увеличивать охлаждение газа в полом скруббере.

Жидкость в кольцевом баке 8 охлаждается холодильником 15, ее температура ниже, чем у орошающей жидкости в центральном баке 7, и, поэтому, в пенном слое струйного скруббера происходит интенсивная конденсация паров воды, генерируемых за счет испарения воды в полом скруббере, на твердых частицах аэрозолей и благодаря этому их укрупнение, что резко повышает степень очистки газов от твердых частиц аэрозолей. Таким образом, в тепломассообменном аппарате происходит интенсивное охлаждение и очистка газов, а также раздельное улавливание твердых и газообразных загрязняющих веществ.

Благодаря кольцевому исполнению зоны пенного слоя и тому, что каналы кольцевой камеры струеобразователя направлены в центр струйного скруббера, а при таком расположении длина всех струй орошающей жидкости одинакова, повышается стабильность пенного слоя.

Выше пенного слоя цилиндрический корпус аппарата 1 имеет расширение с образованием полости, где происходит падение скорости газов и сепарация каплеуловителем 13 капель жидкости, унесенных из пенного слоя.

Орошающая жидкость из пенного слоя обрушивается вниз и по стенкам стекает в кольцевой бак 8, откуда насосом 6 вновь подается в кольцевую камеру струеобразователя 4, а очищенные газы через патрубок вывода газов 10 вентилятором (не показан) выбрасывают в атмосферу. Для опорожнения центрального и кольцевого баков 7 и 8 удаления образующихся шламов используют патрубки слива 11 и 12.

Техническим результатом предложенного аппарата по сравнению с прототипом является снижение материалоемкости, повышение степени очистки и охлаждения газов на 10-15%.

Пример. Определение эффективности работы тепломассообменного аппарата проводили на лабораторной установке производительностью 60 м³/час, выполненной в соответствии с формулой изобретения.

В лабораторную установку подавали отходящие газы процесса термического обезвреживания органических веществ. Газы имели температуру 250^oC и содержали 165 мг/м³ твердых частиц аэрозолей, 25 мг/м³ SO₂ и 24 мг/м³ NO_x. Температура орошающих жидкостей в центральном и кольцевом баках составляла 65 и 40^oC соответственно. В центральный бак первоначально была залита вода, а в кольцевой - 5%-ный раствор соды.

После 15 часов работы тепломассообменного аппарата в составе установки термического обезвреживания органических веществ в центральном баке накопилось 85% от первоначального количества пыли и 25% нитратов и сульфаты натрия, а в кольцевом - 15% пыли и до 75% нитратов и сульфатов натрия. Результаты анализа показали, что степень очистки газов от твердых частиц аэрозолей в тепломассообменном аппарате составляет 94,5%, а от оксидов серы и азота - 92 и 83% соответственно, что на 10-15% выше по сравнению с прототипом. Температура газов на выходе аппарата составляла 40-45^oC.

Изобретение относится к технике очистки технологических и вентиляционных газов от твердых частиц аэрозолей и газообразных примесей и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где имеется необходимость очистки и охлаждения высокотемпературных запыленных газов и раздельного улавливания кислых газов и аэрозолей. Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки и охлаждения высокотемпературных запыленных газов на 10-15% и снижение материалоемкости за счет совмещения в одном корпусе двух ступеней очистки. Тепломассообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого коаксиально расположен газоход 2, образующий с форсункой 3 полый скруббер, в котором происходит резкое охлаждение газов и улавливание твердых частиц аэрозоля, а вместе со струеобразователем с кольцевой камерой 4 газоход 2 образует пенно-струйный безнасадочный скруббер, где происходит дальнейшее охлаждение газов и их очистка от газообразных загрязняющих веществ, водяные насосы с фильтрами 5 и 6, центральный 7 и кольцевой 8 баки, патрубки ввода 9 и вывода 10 газов, патрубки слива орошающих жидкостей 11 и 12, каплеуловителя 13, юбку 14 и холодильник 15. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Тепломассообменный аппарат для очистки высокотемпературных запыленных газов, содержащий корпус, расположенный коаксиально с ним газоход, баки с орошающими жидкостями, струеобразователь, патрубки ввода и вывода газов и систему орошения, отличающийся тем, что струеобразователь имеет кольцевую камеру, цилиндрические газоход и корпус аппарата образуют вместе со струеобразователем пенноструйный безнасадочный скруббер, а нижняя часть газохода имеет юбку из двух встречных конических обечаек, расположенную выше уровня жидкости в баках. 2. Тепломассообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что каналы кольцевой камеры струеобразователя направлены в центр аппарата. 3. Тепломассообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что патрубок ввода очищаемого газа имеет чечевицеобразную форму, образованную соединением двух частей обечаек большего диаметра. 4. Тепломассообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что баки с орошающими жидкостями расположены коаксиально и в кольцевом баке установлен холодильник.