СПОСОБ МОКРОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК B01D47/04 

Изобретение относится к мокрой очистке газов от твердых, жидких и газообразных токсичных включений и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической технологии и других отраслях промышленности.

В цветной металлургии и химической технологии известен способ очистки газов от золы и окислов серы, заключающийся в барботировании загрязненного газа через слой жидкости. Очистку проводят в пенных аппаратах с переливными и провальными тарелками (Справочник по пыле- и золоулавливанию. Под ред. А. А. Рузанова, М., Энергоатомиздат, 1983, с. 94 - 104).

Способ характеризуется относительно низкой степенью очистки газа от тонких фракций пыли из-за образования в процессе барботажа крупных газовых пузырей, проходящих с высокой скоростью слой жидкости. В результате мелкие частицы пыли не успевают отсепарироваться на поверхность раздела фаз за время прохождения пенного слоя, а газообразные компоненты (окислы серы) - прореагировать с реагентами в жидкой фазе.

Известен способ мокрой очистки газов, включающий подачу газового потока в цилиндрический корпус газоочистителя, взаимодействие газового потока с подаваемой противотоком жидкостью при пропускании через кольцевую щель в широком диапазоне скоростей.

Способ реализуется в устройстве для мокрой очистки газов, содержащем цилиндрический корпус, патрубки подвода и отвода газов расположенный соосно с корпусом над патрубком подачи газа с образованием кольцевой щели по отношению к стенке корпуса дозатор орошающей жидкости с размещенной над ним трубой для подачи орошающей жидкости, кольцевой лопаточный завихритель (а.с. СССР N 1212515, кл. В 01 D 47/04, 1986).

Недостатком способа и аппарата является недостаточно высокая производительность, что подтверждается низкой величиной скорости газов на выходе из рабочего пространства (пенного слоя), т.е. в полном сечении аппарата, которая составляет 2,0 - 2,5 м/с, неустойчивость пенного слоя и низкая степень газоочистки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ мокрой очистки газов и устройство для его осуществления (патент РФ N 2086293).

Способ включает подачу газового потока в цилиндрический корпус газоочистителя, подачу газового потока через кольцевую щель в закрученном виде, взаимодействие закрученного газового потока с подаваемой противотоком жидкостью и эмульгирование газожидкостной смеси в широком диапазоне скоростей.

Способ реализуется в устройстве, содержащем цилиндрический корпус, патрубки подвода и отвода газов, коаксиальный тарельчатый дозатор орошающей жидкости с размещенной над ним трубой для подачи орошающей жидкости, кольцевой лопаточный завихритель, размещенный в кольцевой щели между дозатором и цилиндрической стенкой корпуса.

Недостатком способа и аппарата является неравномерный расход очищаемого газа по периметру щели за счет одностороннего ввода, который приводит к перекосу по высоте вращающегося над кольцевой щелью пенного слоя и снижению степени газоочистки. В месте удара входной струи газа в завихритель со спутной закруткой расход газа значительно выше, чем на остальной площади щели. Здесь наблюдается максимальная высота эмульсионного слоя. При форсировке процесса в этом месте происходит отрыв пенного слоя от завихрителя и проскок неочищенного газа, что и снижает качество газоочистки. Этот недостаток ограничивает интервал изменения расхода очищаемого газа, в котором поддерживается оптимальный режим работы газоочистителя. Отрицательный эффект усиливается с ростом диаметра газоочистителя. Применяемый в скрубберах и циклонных камерах многосторонний подвод для выравнивания потока значительно усложняет конструкцию устройства, повышает аэродинамическое сопротивление подводящих газоходов и не всегда приводит к ожидаемому результату.

Другой недостаток газоочистителя прототипа также проявляется при высоких расходах очищаемого газа. С ростом скорости газа в лопаточном завихрителе увеличивается скорость вращения пенного слоя, а, следовательно, увеличиваются центробежные силы, действующие на слой эмульсии, которые, прижимая слой к цилиндрической стенке корпуса, увеличивают его высоту у внешнего периметра щели и уменьшают у внутреннего периметра. Это уменьшение высоты пенного слоя у внутреннего периметра щели приводит к некоторому снижению качества газоочистки, а при дальнейшем увеличении скорости газа слой эмульсии может быть настолько отжат к стенке газоочистителя, что откроется внутренняя часть щели и произойдет проскок неочищенного газа.

Еще один недостаток газоочистителя прототипа связан с возникновением отложений золы во входном патрубке, которые в случае цементирующейся золы приводят к аварийным остановкам газоочистителя на чистку. Установка различных смывных сопел с постоянной подачей воды на промывку приводит к значительным расходам смывной воды, а при периодических промывках сопла часто зарастают золой, не обеспечивая качественной промывки.

Следующий недостаток устройства прототипа заключается в трудоемкости изготовления лопаток кольцевого завихрителя и в низком проценте выхода годного используемого листового материала. Это связано с необходимостью вырезать лопатки по лекальным кривым в местах их примыкания к цилиндрическим внешней и внутренней обечайкам завихрителя. В энергетике и цветной металлургии в связи с агрессивностью очищаемых газов газоочистители изготавливаются из дорогостоящего титана, поэтому конструкция лопаток существенно влияет на стоимость газоочистителя.

Таким образом, основными недостатками известного способа и устройства являются неравномерность пенного слоя по периметру кольцевой щели, возможность проскока неочищенного газа, отложения золы во входном патрубке газоочистителя, трудоемкость изготовления лопаток кольцевого завихрителя при низком выходе годного используемого материала.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения являются:
- создание равномерного пенного слоя по всему периметру кольцевой щели;
- исключение условий возникновения проскока неочищенного газа;
- исключение отложений золы во входном патрубке газоочистителя;
- снижение материалоемкости и трудозатрат при изготовлении газоочистителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в корпус газоочистителя газовый поток поступает в закрученном тангенциальным или хордальным патрубком виде, а в кольцевой щели газовый поток закручивается в противоположную сторону.

Этот же технический результат достигается также тем, что в устройстве для мокрой очистки газов тангенциальный или хордальный патрубок входа газов и кольцевой лопаточный завихритель установлены таким образом, чтобы закручивать очищаемый газ в противоположные стороны.

Кроме того, в предлагаемом устройстве технический результат достигается тем, что внешние концы выходных кромок лопаток завихрителя приподняты над внутренними, примыкающими к тарельчатому дозатору жидкости, на высоту, отношение которой к ширине кольцевой щели лежит в интервале 0,2 - 3,7.

В следующем случае устройства задача решается тем, что во входной патрубок установлены смывные сопла, соединенные с коллектором, который трубопроводом соединен с сифоном, установленного над входным газоходом, напорного бака, снабженного поплавком и связанным с ним клапаном для закрытия - открытия импульсной трубы, соединенной с трубопроводом.

Еще в одном случае устройства решение поставленной задачи обеспечивается тем, что корпус газоочистителя выполняется в виде правильной призмы с количеством боковых граней не менее четырех, а дозатор орошающей жидкости выполнен в виде многоугольника подобного основанию призмы.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В предлагаемом способе и устройстве для мокрой очистки газов равномерность пенного слоя над кольцевой щелью достигается тем, что закручивание газового потока входным тангенциальным или хордальным патрубком и лопаточным завихрителем, установленном в кольцевой щели, производится в противоположные стороны. Это приводит к тому, что струя газа от входного патрубка в месте первого контакта с лопаточным завихрителем имеет максимальную кинетическую и минимальную потенциальную энергию и для резкого разворота в противоположную сторону потоку необходимо преодолеть большое сопротивление. В сравнении со спутной закруткой газа в завихрителе расход газа через этот участок щели при противоположной закрутке значительно уменьшается. Сток части газа через щель уменьшает кинетическую энергию потока, облегчая разворот и прохождение газа через последующие участки лопаточного завихрителя. В результате происходит выравнивание расхода газа по периметру завихрителя и достигается необходимая равномерность пенного слоя над завихрителем, его большая устойчивость в более широком интервале скоростей. В то же время аэродинамическое сопротивление лопаточного завихрителя с обратной закруткой в сравнении со спутной закруткой увеличивается не более, чем на 50 Па, что вполне приемлемо для устранения присущих прототипу недостатков.

Кроме того, в этом устройстве для исключения возникновения условий, для проскока неочищенного газа внешние концы выходных кромок лопаток завихрителя приподняты над внутренними, примыкающими к тарельчатому дозатору жидкости, на высоту, отношение которой к ширине кольцевой щели лежит в интервале 0,2 - 3,7. Выходные кромки лопаток образуют как бы боковую поверхность усеченного конуса, меньшее основание которого обращено вниз. На таком завихрителе резко меняется характер пенного слоя. Если над плоским кольцевым завихрителем внешняя граница слоя имеет форму параболоида вращения и высота слоя растет от тарельчатого дозатора жидкости к стенке газоочистителя, то в предлагаемом устройстве над всей шириной щели толщина пенного слоя практически постоянна. В такой конструкции завихрителя площадь выходной поверхности превышает площадь щели, что создает условия для перераспределения газового потока и выравнивания пенного слоя. Основание пенного слоя повторяет форму выходной поверхности завихрителя и в межлопаточное пространство слой не проникает. При увеличении расхода газа прежде всего начинает расти высота слоя в пристенной зоне, увеличивая сопротивление газовому потоку, и у газа появляется радиальная составляющая скорости, направленная к оси газоочистителя. Рост слоя на периферии прекращается, а появившаяся радиальная составляющая скорости газа способствует интенсификации пенообразования в средней зоне щели при встрече с поступающей с тарельчатого дозатора жидкостью, а затем и над ее внутренним периметром. Толщина пенного слоя как бы авторегулируется. В результате исчезают условия проскока неочищенного газа, а равномерность слоя улучшает показатель газоочистки.

Еще в одном случае устройства для исключения отложений пыли во входном патрубке газоочистителя установлены смывные сопла, соединенные с коллектором, который соединен трубопроводом с сифоном, установленного над входным газоходом, напорного бака, снабженного поплавком и связанным с ним клапаном для закрытия и открытия импульсной трубы, соединенной с трубопроводом. Поплавок с клапаном регулируются таким образом, чтобы до наполнения напорного бака водой импульсная труба была открыта на атмосферу и через нее за счет разрежения во входном газоходе поступал воздух для продувки смывных сопел, предотвращая их забивание пылью. При наполнении напорного бака до колена сифона клапан резко закрывает импульсную трубу, разрежение в газоходе передается в сифон, отчего уровень воды в сифоне резко повышается, он заполняется и начинается слив воды в смывные сопла для промывки входного патрубка газоочистителя. Поплавок, опускаясь вместе с уровнем воды в баке, отводит клапан от импульсной трубы и через нее поступает атмосферный воздух, обеспечивая продувку смывных сопел после того, как закончится вода в баке. Затем бак снова наполняется и процесс автоматической промывки повторяется. Количество воды на одну промывку определяется размером напорного бака, периодичность промывок регулируется расходом воды, поступающей в бак. Такое устройство работает годы без сбоев из-за отложений пыли во входном патрубке.

В следующем случае устройства для решения поставленной задачи корпус газоочистителя выполняется в виде правильной призмы с количеством боковых граней не менее четырех, а дозатор орошающей жидкости выполнен в виде многоугольника подобного основанию призмы. При такой конструкции газоочистителя все грани лопаток завихрителя в многогранной щели становятся прямыми и они легко вырубаются на гильотине вместо фрезерования по лекальным кривым в прототипе. Это значительно снижает трудозатраты при изготовлении газоочистителя, а также количество материала, используемого для изготовления лопаток, уходящего в отходы. Часто газоочистители работают с агрессивными средами и для их изготовления используются дорогостоящие высоколегированные стали или титан и экономия материала при раскрое конструкции дает существенный экономический эффект. При этом резкий поворот пенного слоя в углах многогранника приводит к увеличению центробежных сил, способствующих сепарации частиц пыли в пузырьках пены, компенсируя снижение центробежного эффекта на прямолинейном участке вдоль плоской стенки.

На фиг. 1 изображено устройство для мокрой очистки газа с тангенциальным или хордальным патрубком и лопаточным завихрителем; на фиг. 2 - газоочиститель с завихрителем с приподнятыми внешними концами выходных кромок лопаток; на фиг. 3 - газоочиститель с автоматической промывкой входного патрубка; на фиг. 4 - газоочиститель с корпусом в виде правильной призмы; на фиг. 5 - разрез А-А фиг. 4.

Устройство для мокрой очистки газов содержит цилиндрический корпус 1, тарельчатый дозатор орошаемой жидкости 2, трубу 3 для подачи орошающей жидкости, тангенциальный или хордальный патрубок 4 для подвода загрязненного газа, патрубок 5 отвода очищенного газа, днище 6 с патрубком для слива жидкости 7, кольцевой лопаточный завихритель 8, установленный в кольцевой щели между корпусом 1 и тарельчатым элементом 2. В одном случае устройства тангенциальный или хордальный патрубок подвода газов присоединяется к корпусу так, чтобы закручивать очищаемый газ в сторону, противоположную закрутке в кольцевом завихрителе. В другом случае устройства иная конструкция завихрителя 8, у которого внешние концы выходных кромок лопаток приподняты над внутренними, примыкающими к тарельчатому дозатору, на высоту, отношение которой к ширине кольцевой щели лежит в интервале 0,2 - 3,7. Следующий случай устройства снабжен устройством автоматической промывки входного патрубка от отложений пыли, состоящим из смывных сопел 9, коллектора 10, трубопровода 11, сифона 12, напорного бака 13, поплавка 14, клапана 15, импульсной трубы 16. Еще в одном случае устройства корпус газоочистителя выполняется в виде правильной призмы с количеством граней не менее четырех, а тарельчатый дозатор орошающей жидкости выполнен в виде многоугольника подобного основанию призмы.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В корпус 1 газоочистителя (фиг. 1) загрязненный газ поступает через тангенциальный или хордальный патрубок 4 подвода газа закрученным потоком. Затем газ проходит через лопаточный завихритель 8, установленный в кольцевой щели, где закручивается в противоположную сторону. Орошающая жидкость поступает на тарельчатый элемент 2, где она образует ванну, которая раскручивается вращающимся над ней газом и за счет центробежных сил начинает срываться в виде пленки с краев тарельчатого элемента 2 к стенке корпуса 1. Над щелью жидкость встречается с выровненным за счет разворота в завихрителе закрученным газовым потоком и образует устойчивый, интенсивно вращающийся слой газожидкостной эмульсии, через который промываются поступающие в устройство газы. Очищенные газы удаляются через патрубок 5, а жидкость стекает к днищу 6 и удаляется из газоочистителя через патрубок 7.

Таким образом, над завихрителем создается равномерный, устойчивый, интенсивно вращающийся эмульсионный слой с предельным известным в технике уровнем тепломассообмена между жидкостью и газом, который обеспечивает проведение необходимых реакций между газообразными компонентами и реагентами, поступающими с орошающей жидкостью и глубокую очистку газов от пыли и токсичных веществ.

В газоочистителе (фиг. 2) процесс газоочистки проходит аналогично предыдущему, однако из-за особенности конструкции завихрителя 8 пенный слой в этом устройстве вращается как бы по боковой поверхности усеченного конуса. Это обеспечивает равномерность пенного слоя по всей ширине щели и препятствует возникновению проскока неочищенного газа в широком интервале изменения расхода газа через устройство, что способствует качественной газоочистке.

В газоочистителе (фиг. 3) процесс газоочистки проходит аналогично предыдущему, но здесь во входном патрубке 4 установлены смывные сопла 9, соединенные с общим коллектором 10, который трубопроводом 11 соединен с сифоном 12 в напорном баке 13, на котором смонтирован поплавок 14 и связанный с поплавком клапан 15, предназначенный для закрытия и открытия импульсной трубы 16, соединенной с трубопроводом 11. На чертеже показано положение поплавка и клапана в момент закрытия импульсной трубы 16, в результате которого разрежение в газоходе 4 передается в сифон 12, уровень воды в сифоне поднимается, сифон заполняется и начинается слив воды из бака 13 через сифон 12, трубопровод 11 в коллектор 10, откуда она распределяется по соплам 9 и струями направляется на внутренние стенки входного патрубка 4, смывая возникающие отложения пыли. После снижения уровня воды в баке 13 поплавок 14 опускается и отрывает клапан 15 от входного отверстия импульсной трубы 16, которая остается открытой на атмосферу. После опорожнения бака 13 слив воды прекращается и атмосферный воздух за счет разрежения во входном патрубке устремляется через импульсную трубу 16, трубопровод 11, коллектор 10 на продувку смывных сопел 9, предотвращая их зарастание пылью. Воздушная продувка продолжается до заполнения бака 13 водой, поступающей из водопровода 17, затем цикл промывки повторяется. Количество воды для промывки определяется объемом бака 13, а интервал времени между промывками задается расходом воды, поступающей из водопровода 17.

Кроме того, в газоочистителе (фиг. 4) корпус 1 выполняется в виде правильной призмы с количеством боковых граней не менее четырех, а тарельчатый дозатор орошающей жидкости 2 имеет форму правильного многоугольника подобного основанию призмы. Такая конструкция снижает себестоимость газоочистителя и трудозатраты на его изготовление, т.к. все грани лопаток завихрителя - прямые линии.

Предлагаемые способ и устройство позволяют расширить рабочий интервал газовых нагрузок газоочистителя путем выравнивания газового потока в завихрителе и создания равномерного пенного слоя над ним, а также исключить условия проскока неочищенного газа через вращающийся слой эмульсии, полностью исключить отложения пыли во входном патрубке при экономии воды на промывки, снизить материалоемкость и трудоемкость изготовления.

Таким образом, изложенные сведения показывают, что при использовании заявленной группы изобретений выполнена следующая совокупность условий:
- средство, воплощающее заявленные способ и устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в энергетике, металлургии, химической технологии, строительной индустрии.

- для заявленной группы изобретений в том виде, как она охарактеризована в пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств.

Следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение используется для мокрой очистки газов путем взаимодействия с противотоком жидкости загрязненного газового потока и эмульгирования. В соответствии с изобретением закрученный тангенциальным входом поток загрязненного газа подают в кольцевую щель, в которой лопаточным завихрителем газ закручивают в противоположную сторону и газожидкостную смесь эмульгируют в широком диапазоне скоростей. Способ реализуется в устройстве для мокрой очистки газов, содержащем цилиндрический корпус, тангенциальный патрубок подвода газов, тарельчатый дозатор жидкости, размещенный в кольцевой щели лопаточный завихритель с противоположной входному патрубку закруткой. Внешние концы выходных кромок завихрителей подняты над внутренними, примыкающими к дозатору жидкости. Входной патрубок газоочистителя снабжен соплами для смыва отложений пыли и системой автоматической периодической подачи смывной воды, срабатывающей за счет разрежения в газоходе и обеспечивающей продувку сопл атмосферным воздухом. Корпус газоочистителя выполняется в виде правильной призмы, а дозатор жидкости - многоугольник, подобный основанию призмы. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ мокрой очистки газов, включающий подачу газового потока в корпус газоочистителя в закрученном тангенциальным патрубком виде, подачу газового потока через кольцевую щель в закрученном виде, взаимодействие закрученного газового потока с подаваемой противотоком жидкостью в широком диапазоне скоростей и эмульгирование, отличающийся тем, что газовый поток в кольцевой щели закручивают в противоположную сторону. 2. Устройство для мокрой очистки газов, содержащее цилиндрический корпус, патрубки подвода и отвода газов, тарельчатый дозатор орошающей жидкости, лопаточный завихритель, размещенный в кольцевой щели, отличающееся тем, что тангенциальный патрубок подвода газов и лопаточный завихритель, расположенный в кольцевой щели, имеют противоположные направления закрутки очищаемого газа. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внешние концы выходных кромок лопаток завихрителя приподняты над внутренними, прилегающими к тарельчатому дозатору жидкости, на высоту, отношение которой к ширине кольцевой щели лежит в интервале 0,2 - 3,7. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что во входной патрубок установлены смывные сопла, соединенные с коллектором, который трубопроводом соединен с сифоном напорного бака, снабженного поплавком и связанным с ним клапаном для закрытия - открытия импульсной трубы, соединенной с трубопроводом. 5. Устройство по п.2, отличающийся тем, что корпус газоочистителя выполнен в виде правильной призмы с количеством боковых граней не менее четырех, а тарельчатый дозатор орошающей жидкости выполнен в виде многоугольника подобного основанию призмы.