ЗОЛОУЛОВИТЕЛЬ Российский патент 2014 года по МПК B01D47/06 B04C5/23 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в котельных и технологических установках для очистки газовых потоков от твердых взвесей.

Известен золоуловитель, содержащий вертикальный корпус, верхняя часть которого выполнена цилиндрической, а нижняя часть выполнена конфузорной и сообщена с полостью золосборника, при этом верхний торец корпуса перекрыт заглушкой, через которую пропущена газоотводная труба, стенкой которой и внутренней поверхностью верхней части вертикального корпуса образован кольцевой канал, при этом патрубок ввода дымовых газов сообщен с верхней частью кольцевого канала (см. http://WWW.cikloni.ru - каталог ООО «ВЕНТОБОРУДОВАНИЕ-ТВЕРЬ).

Недостаток этого устройства - отсутствие его адаптивности к изменению режима работы котельной или технологической установки.

Известен также золоуловитель, содержащий соосные вертикальный корпус и газоотводную трубу, снабженную успокоителем потока, патрубок ввода дымовых газов и регулирующее приспособление, выполненное с возможностью регулирования характеристик газового канала на входе в газоотводную трубу, при этом верхняя часть вертикального корпуса выполнена цилиндрической, а нижняя выполнена конфузорной, снабжена лопастным завихрителем и средством сбора и отвода отсепарированного материала, причем верхний торец корпуса перекрыт заглушкой, через которую пропущена газоотводная труба, стенкой которой и внутренней поверхностью верхней части вертикального корпуса образован кольцевой канал, с которым сообщен патрубок тангенциального ввода дымовых газов, кроме того, регулирующее приспособление содержит сердечник, выполненный в виде полого корпуса в форме тела вращения, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения соосно с продольной осью вертикального корпуса относительно нижней кромки газоотводной трубы, выполненной с возможностью сброса стекающего по ней пограничного слоя, к стенке вертикального корпуса (см. RU №2317150, В04С 5/107, 2006).

Недостаток этого устройства - очистка газовоздушного потока только за счет аэродинамического эффекта, что в устройствах значительной производительности (и, соответственно, размеров) не обеспечивает эффективной очистки от тонких, легко витающих фракций.

Решаемая техническая задача - повышение эффективности очистки газовоздушного потока, значительного по объему при значительных поперечных размерах золоуловителя.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении стабильно высокого качества очистки дымовых газов на всех возможных режимах работы котельной установки, обеспечение кпд очистки на уровне 99,0-99,5% на номинальной нагрузке в эксплуатации с незначительным снижением при изменении нагрузки и низкого расхода воды на орошение (впрыск), порядка 1,6-2,0 раза по сравнению с известными устройствами сходного назначения и равной производительности.

Для решения поставленной задачи золоуловитель, содержащий соосные вертикальный корпус и газоотводную трубу, снабженную успокоителем потока, патрубок ввода дымовых газов и регулирующее приспособление, выполненное с возможностью регулирования характеристик газового канала на входе в газоотводную трубу, при этом верхняя часть вертикального корпуса выполнена цилиндрической, а нижняя выполнена конфузорной, снабжена лопастным завихрителем и средством сбора и отвода отсепарированного материала, причем верхний торец корпуса перекрыт заглушкой, через которую пропущена газоотводная труба, стенкой которой и внутренней поверхностью верхней части вертикального корпуса образован кольцевой канал, с которым сообщен патрубок тангенциального ввода дымовых газов, кроме того, регулирующее приспособление содержит сердечник, выполненный в виде полого корпуса в форме тела вращения, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения соосно с продольной осью вертикального корпуса относительно нижней кромки газоотводной трубы, выполненной с возможностью сброса стекающего по ней пограничного слоя, к стенке вертикального корпуса, отличается тем, что верхняя часть наружной поверхности вертикального корпуса снабжена первым коллектором, выполненным с возможностью формирования водяной пленки по периметру его внутренней поверхности и связанным с источником воды, причем ниже этого коллектора, на внешней поверхности вертикального корпуса, размещен второй коллектор, связанный с источником воды, кроме того, патрубок тангенциального ввода дымовых газов разделен по меньшей мере на два канала, выпускные отверстия которых равноудалены друг от друга по периметру вертикального корпуса, при этом в каждом из них размещены форсунки, выполненные с возможностью формирования водяной завесы, пересекающей поперечное сечение кольцевого канала, причем каждая форсунка сообщена со вторым коллектором, с пересечением верхней стенки патрубка тангенциального ввода дымовых газов, кроме того, средство сбора и отвода отсепарированного материала выполнено в виде пульпосборника, снабженного пульпопроводом. Кроме того, форсунка выполнена в виде вертикальной трубы, на образующей которой размешен ряд сопел, оси которых горизонтальны и ориентированы в одну сторону, кроме того, каждая форсунка снабжена средством контроля расхода и давления воды на впрыск.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию ″новизна″.

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.

Признаки «…верхняя часть наружной поверхности вертикального корпуса снабжена первым коллектором, выполненным с возможностью формирования водяной пленки по периметру его внутренней поверхности и связанным с источником воды…» обеспечивает возможность формирования водяной пленки на внутренней поверхности вертикального корпуса, «работающей» как локализатор (улавливатель) частиц твердых фракций, отбрасываемых к ней за счет центробежных сил, что особенно важно для тонких фракций.

Признаки, указывающие, что ниже первого коллектора «…на внешней поверхности вертикального корпуса, размещен второй коллектор, связанный с источником воды», обеспечивают возможность подвода воды орошения к форсункам, обеспечивающим орошение сечений потоков, формируемых в каналах патрубка ввода дымовых газов. Кроме того, размещение названных коллекторов вне полости вертикального корпуса исключает их влияние на аэродинамику кольцевого канала.

Признаки, указывающие, что «патрубок тангенциального ввода дымовых газов разделен по меньшей мере на два канала, выпускные отверстия которых равноудалены друг от друга по периметру вертикального корпуса», обеспечивают равномерную подачу запыленного потока в объем кольцевого канала, что способствует выравниванию аэродинамических характеристик спирально-нисходящего потока запыленного воздуха по периметру вертикального корпуса.

Признаки, указывающие, что в каждом из каналов патрубка тангенциального ввода дымовых газов «размещены форсунки, выполненные с возможностью формирования водяной завесы, пересекающей поперечное сечение кольцевого канала», обеспечивают эффективное смачивание частиц пыли, находящихся в потоках запыленного воздуха вводимых по разным каналам.

Признаки, указывающие, что каждая форсунка сообщена со вторым коллектором, с пересечением верхней стенки патрубка тангенциального ввода дымовых газов», обеспечивают подвод воды орошения в форсунки.

Признаки указывающие, что «средство сбора и отвода отсепарированного материала выполнено в виде пульпосборника, снабженного пульпопроводом», обеспечивают удаление суспензии, формирующейся из воды орошения и твердых частиц.

Признаки второго пункта формулы раскрывают вариант конструкции форсунки.

Признаки третьего пункта формулы обеспечивают возможность поддержания качества очистки на стабильно высоком уровне.

На фиг.1 показан продольный разрез золоуловителя; на фиг.2 - поперечный разрез; на фиг.3 - схематически вид фрагмента форсунки.

На чертежах показаны вертикальный корпус, верхняя часть 1 которого выполнена цилиндрической, а нижняя часть 2 выполнена конфузорной и сообщена с полостью пульпосборника 3, непосредственно состыкованного с ее нижней кромкой. При этом верхний торец верхней части 1 вертикального корпуса перекрыт заглушкой 4, которой придана форма усеченного конуса, обращенного вниз узкой частью. Через заглушку 4 пропущена газоотводная труба 5, стенкой которой и внутренней поверхностью верхней части 1 вертикального корпуса образован кольцевой канал 6. Вертикальный корпус и газоотводная труба 5 соосны. Патрубок ввода дымовых газов 7 ориентирован тангенциально относительно кольцевого канала 6 и разделен вертикальными перегородками 8 на каналы 9. Регулирующее приспособление содержит шток 10, размещенный на продольной оси 11 вертикального корпуса, при этом верхний конец штока 10 зафиксирован в полости газоотводной трубы 5, а его нижний конец зафиксирован в конфузорной части 2 вертикального корпуса, при этом на шток 10 с возможностью возвратно-поступательного перемещения по нему, надет сердечник 12, выполненный в виде полого корпуса, верхней части 13 которого придан вид конуса с вогнутыми стенками и/или стенками с малым (около 25°) углом к горизонтальной плоскости, а нижней части 14 придан вид конуса со стенками с большим (около 50°) углом к горизонтальной плоскости, причем верхняя и нижняя части сердечника имеют основания одинакового диаметра и скреплены кромками. По меньшей мере, часть штока 10, обеспечивающая возвратно-поступательное перемещение по нему сердечника 12, снабжена резьбой и гайками 15, размещенными, соответственно, над и под сердечником 12, кроме того, концы штока также снабжены резьбой с фиксирующими гайками 16 и пропущены через втулки 17, скрепленные с радиально ориентированными пластинами 18, свободные концы которых скреплены с внутренней поверхностью соответственно газоотводной трубы 5 и конфузорной части 2 вертикального корпуса. При этом радиально ориентированные пластины, расположенные в пространстве газоотводной трубы 5, выполнены с возможностью их использования в качестве лопастного успокоителя газового потока, а радиально ориентированные пластины 18, расположенные в пространстве конфузорной части 2 вертикального корпуса, выполнены с возможностью их использования в качестве лопастного завихрителя газового потока. На поверхности заглушки 4 закреплены концентричные кольцевые выступы 19. Нижняя кромка 20 газоотводной трубы 5 выполнена с возможностью сброса стекающего по ней пограничного слоя к стенке вертикального корпуса, для чего ей придан соответствующий профиль (например, наварен кольцевой лоток, выполненный в виде желоба со стороны кольцевого канала 6, образованный разрезом по диаметральной плоскости кольцевой заготовки из трубы малого сечения).

Верхний участок верхней части 1 наружной поверхности вертикального корпуса снабжен первым коллектором 21 (предпочтительно, кольцевым) известным образом сообщенным с горизонтальным рядом отверстий, выполненных по периметру корпуса. Ниже коллектора 21, на внешней поверхности вертикального корпуса, размещен второй коллектор 22, обеспечивающий питание водой форсунок 23.

Форсунки размещены в выпускных отверстиях 24 каналов 9, при этом их высота соответствует высоте этих каналов. Каналы 9 равноудалены друг от друга по периметру вертикального корпуса и выполнены с возможностью формирования водяной завесы, пересекающей поперечное сечение соответствующего канала 9. Форсунки выполнены как вертикальные трубы, на образующей которых размешен ряд сопел 25, оси которых горизонтальны и ориентированы в одну сторону, при этом каждая форсунка снабжена средством контроля расхода и давления воды на впрыск (на чертежах не показано). Каждая форсунка 23 сообщена со вторым коллектором 22, с пересечением верхней стенки 26 патрубка тангенциального ввода дымовых газов 7. Пульпосборник 3 снабжен пульпопроводом 27.

Золоуловитель работает следующим образом.

Поток дымовых газов поступает в кольцевой канал 6 тангенциально, благодаря чему этот газовый поток приобретает вращательно-поступательное движение. Вследствие этого благодаря центробежным силам происходит перемещение зольных частиц в слой, движущийся вдоль внутренней поверхности верхней части 1 вертикального корпуса. Взаимодействие слоя, «обогащенного» частицами золы, приводит к их оседанию и прилипанию на слой водной пленки, формируемой на этой поверхности при работе первого коллектора 21.

При этом на входе в кольцевой канал 6 газопылевые потоки подвергаются интенсивной первичной очистке, проходя через водяные завесы, формируемые форсунками 23, расположенными в выпускных отверстиях 24 каналов 9.

Слой исходящих газов, очищенный от частиц золы и движущийся ближе к продольной оси 11, наталкивается на поверхность верхней части 13 сердечника 12, плавно отклоняется в сторону приемного отверстия газоотводной трубы 5. Успокоение газового потока обеспечивается пластинами 18 лопастного успокоителя газового потока, что снижает аэродинамическое сопротивление газоотводной трубы 5 и всего золоуловителя в целом.

При этом спирально движущийся слой исходящих газов, содержащий частицы золы, движется дальше вниз, «поджимаясь» к стенке вертикального корпуса, отдавая пленке воды оставшиеся более мелкие фракции, и с ускорением проходит зазор между поверхностью нижней части 14 сердечника 12 и нижней (конфузорной) частью 2 вертикального корпуса, быстро теряет скорость и, пройдя в пульпосборник 3, теряет скорость окончательно (площадь поперечного сечения золосборника больше сечения нижней части 2 вертикального корпуса), что обеспечивает локализацию в нем даже тонких зольных частиц. Дополнительно этому способствует подкручивание потока пластинами 18 лопастного завихрителя газового потока.

При изменении режима работы котельной установки (например, изменении расхода топлива и или расхода воздуха) изменяют режим движения газового потока в приемной зоне газоотводной трубы 5, для чего соответственно перемещают по штоку 10 гайки 15, размещенные соответственно над и под сердечником 12, добиваясь соответствующего перемещения сердечника по отношению к торцу газоотводной трубы 5, тем самым регулируя проходной зазор между торцом и поверхностью верхней части 13 сердечника 12.

Вторичные (паразитные) течения, имеющие место в пограничных слоях элементов корпуса золоуловителя, дающие переток самых тонких фракций двухфазного потока в очищенный газ, подавляются «работой» концентричных кольцевых выступов 19 и нижней кромкой 20 газоотводной трубы 5, сбрасывающих стекающие пограничные слои к стенке вертикального корпуса.

Возможность поддержания качества пылеподавления форсунками 23 на стабильно высоком уровне обеспечивают контроль расхода и давления воды на впрыск с помощью средства их контроля (на чертежах не показано).

Далее процесс повторяется.

Изобретение предназначено для очистки газа. Золоуловитель содержит соосные вертикальный корпус и газоотводную трубу, патрубок тангенциального ввода дымовых газов и регулирующее приспособление для регулирования характеристик на входе в газоотводную трубу. Верхняя часть корпуса выполнена цилиндрической, а нижняя - конфузорной, снабжена лопастным завихрителем и средством сбора и отвода отсепарированного материала. Регулирующее приспособление содержит сердечник, выполненный в виде полого корпуса в форме тела вращения, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения соосно с продольной осью вертикального корпуса относительно нижней кромки газоотводной трубы, выполненной с возможностью сброса стекающего по ней пограничного слоя к стенке вертикального корпуса. Верхняя часть наружной поверхности корпуса снабжена первым коллектором, выполненным с возможностью формирования водяной пленки по периметру его внутренней поверхности и связанным с источником воды. Ниже этого коллектора на внешней поверхности корпуса размещен второй коллектор, связанный с источником воды. Патрубок тангенциального ввода дымовых газов разделен по меньшей мере на два канала. В каждом из них размещены форсунки. Каждая форсунка сообщена со вторым коллектором. Технический результат: повышение эффективности очистки газов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Золоуловитель, содержащий соосные вертикальный корпус и газоотводную трубу, снабженную успокоителем потока, патрубок ввода дымовых газов и регулирующее приспособление, выполненное с возможностью регулирования характеристик газового канала на входе в газоотводную трубу, при этом верхняя часть вертикального корпуса выполнена цилиндрической, а нижняя выполнена конфузорной, снабжена лопастным завихрителем и средством сбора и отвода отсепарированного материала, причем верхний торец корпуса перекрыт заглушкой, через которую пропущена газоотводная труба, стенкой которой и внутренней поверхностью верхней части вертикального корпуса образован кольцевой канал, с которым сообщен патрубок тангенциального ввода дымовых газов, кроме того, регулирующее приспособление содержит сердечник, выполненный в виде полого корпуса в форме тела вращения, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения соосно с продольной осью вертикального корпуса относительно нижней кромки газоотводной трубы, выполненной с возможностью сброса стекающего по ней пограничного слоя к стенке вертикального корпуса, отличающийся тем, что верхняя часть наружной поверхности вертикального корпуса снабжена первым коллектором, выполненным с возможностью формирования водяной пленки по периметру его внутренней поверхности и связанным с источником воды, причем ниже этого коллектора, на внешней поверхности вертикального корпуса, размещен второй коллектор, связанный с источником воды, кроме того, патрубок тангенциального ввода дымовых газов разделен по меньшей мере на два канала, выпускные отверстия которых равноудалены друг от друга по периметру вертикального корпуса, при этом в каждом из них размещены форсунки, выполненные с возможностью формирования водяной завесы, пересекающей поперечное сечение кольцевого канала, причем каждая форсунка сообщена со вторым коллектором, с пересечением верхней стенки патрубка тангенциального ввода дымовых газов, кроме того, средство сбора и отвода отсепарированного материала выполнено в виде пульпосборника, снабженного пульпопроводом.

2. Золоуловитель по п.1, отличающийся тем, что форсунка выполнена в виде вертикальной трубы, на образующей которой размешен ряд сопел, оси которых горизонтальны и ориентированы в одну сторону.

3. Золоуловитель по п.1, отличающийся тем, что каждая форсунка снабжена средством контроля расхода и давления воды на впрыск.