СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ, УВЛАЖНЕНИЯ И ОЧИСТКИ ДОМЕННОГО ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК B01D47/06 

Изобретение относится к технике очистки газов от пыли и химических вредностей и получило широкое распространение в металлургии, преимущественно для охлаждения и увлажнения газа, необходимых для последующей тонкой очистки газа.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является способ для очистки газов по авторскому свидетельству СССР №942287, кл. В01D 47/10, 1979 г., заключающийся в том, что сначала осуществляют подвод запыленного газа по входному патрубку, затем направляют его на зеркало жидкости, находящейся в бункере, при этом осаждают наиболее крупные частицы пыли, а затем выводят по выходному патрубку через оросительное устройство.

Недостатком известного устройства является то, что при больших количествах очищаемых газов возрастают энергозатраты на систему регулирования системы орошения, а также за счет отсутствия устройств для тонкого распыливания жидкости.

Технический результат - повышение эффективности очистки газов от пыли и химических вредностей.

Это достигается тем, что в способе охлаждения, увлажнения и очистки доменного газа, заключающемся в том, что сначала осуществляют подвод запыленного газа по входному патрубку, затем направляют его на зеркало жидкости, находящейся в бункере, при этом осаждают наиболее крупные частицы пыли, а затем выводят по выходному патрубку через оросительное устройство, газ распределяют по всему сечению скруббера, при этом направляют его вверх навстречу потоку капель жидкости, которые захватывают частицы пыли и коагулируют, а образовавшийся шлам собирают в нижнюю часть скруббера, откуда непрерывно удаляют его промывочной водой по сливному каналу, при этом параллельно с очисткой газ. проходящий через скруббер, охлаждают до 40÷50°C и увлажняют до состояния насыщения, для чего скорость газа в скруббере устанавливают равной 0,7÷1,5 м/с, при этом подвод воды к поясам орошения оросительного устройства осуществляют через коллекторы, которые располагают снаружи скруббера, и выполняют в виде кольцевых участков трубопровода, соединенных с подводящими трубопроводами с регулирующими задвижками, оппозитно которым располагают промывочные задвижки, а форсунки с диаметром отверстия 12÷40 мм присоединяют к коллекторам радиально с определенным шагом через трубки посредством демпфирующих вставок, причем длину трубок подбирают таким образом, чтобы сечение корпуса скруббера было полностью перекрыто факелами распыла форсунок, и, не отключая скруббер, прочищают, продувают и заменяют каждую из них, при этом в каждом поясе устанавливают 8÷16 форсунок, размещая их так, чтобы все сечение было равномерно перекрыто диспергированной жидкостью в количестве, соответствующем заданному удельному расходу, а орошение осуществляют в четырех ярусах с направлением факела форсунок нижних поясов вверх, а верхних поясов вниз, при этом удельный расход воды на скруббер поддерживают в пределах 3÷6 дм/м³ газа, а гидравлическое сопротивление 250 Па, при этом тепло- и массообменные процессы осуществляют, направляя газ в скруббер по входному патрубку не насыщенным влагой, за счет чего в нижней части скруббера осуществляют испарительное охлаждение, при этом испаряющаяся вода увеличивает влагосодержание газа до тех пор, пока при какой-то температуре он не становится насыщенным, при этом охлаждение газа осуществляют при постоянной энтальпии, так как образующийся пар подмешивают к газу, возвращая ему тепло, затраченное в процессе парообразования, а температуру воды все это время поддерживают постоянной и равной температуре мокрого термометра, так как тепло, получаемое водой от газа, полностью расходуется на парообразование, а в момент достижения газом состояния насыщения парообразование прекращают, при этом в верхней части скруббера, осуществляют процесс конденсационного охлаждения.

На фиг.1 приведена схема форсуночного скруббера для осуществления предложенного способа, на фиг.2 - схема расположения форсунок, на фиг.3 - схема форсунок.

Форсуночный скруббер (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 14 диаметром D, в нижней части которого расположен входной патрубок 15 диаметром d1, ось которого образует с осью цилиндрической поверхности корпуса 14 острый угол в диапазоне 30÷60°. Конец входного патрубка 15 диаметром d1, входящего в корпус скруббера, погружен в жидкость, расположенную в коническом бункере 19, снабженном клапаном 1 с контргрузом, смывным патрубком 2. Для поддержания постоянного уровня жидкости в бункере предусмотрен сливной канал 3 и гидрозатвор 4 с высотой перелива К. Для технического осмотра скруббера предусмотрен люк 5. Изменение положения поплавка влияет на степень открытия дроссельного клапана, в результате чего уровень воды автоматически поддерживается постоянным. В целях резервирования каждый скруббер снабжается двумя подобными устройствами. Для обслуживания поясов орошения, регуляторов уровня, клапанов и свечей с наружной стороны скруббера размещают лестницы и площадки. Параллельно с очисткой газ, проходящий через скруббер, охлаждается чаще всего до 40÷50°C и увлажняется обычно до состояния насыщения. Скорость газа в скруббере устанавливают равной 0,7÷1,5 м/с.

В верхней части скруббера (фиг.1) размещено оросительное устройство высотой М, состоящее, по крайней мере, из четырех поясов орошения 9, 10, 11, 12 оросительного устройства с форсунками 23, создающими равномерный поток мелко диспергированных капель, движущихся под действием силы тяжести вниз. Нижняя часть скруббера, оканчивающаяся коническим бункером 19 высотой L, заполнена водой, уровень которой поддерживается постоянным. Образовавшийся шлам собирается в нижней части скруббера, откуда непрерывно удаляется промывочной водой по сливному каналу 3. Для эффективной работы форсуночного скруббера следует выбирать следующие оптимальное соотношения его параметров:

оптимальное соотношение между высотой скруббера H и его диаметром D находится в интервале величин: H/D=2÷3; оптимальное соотношение между высотой скруббера H и высотой M оросительного устройства находится в интервале величин: H/M=0,8÷1,2; оптимальное соотношение между высотой L конического бункера 19 и высотой N конфузора 18 находится в интервале величин: L/N=2÷3; оптимальное соотношение между высотой L конического бункера 19 и высотой перелива К гидрозатвора 4 находится в интервале величин: L/К=2,0÷4,5; оптимальное соотношение между диаметром d1 входного патрубка 15 и диаметром D скруббера находится в интервале величин: d1/D=0,2÷0,3; оптимальное соотношение между диаметром d1 входного патрубка 15 и диаметром d2 выходного патрубка 16 скруббера находится в интервале величин: d1/d2=0,8÷1,4; оптимальный размер капель жидкости в оросительном устройстве скруббера 0,8÷1 мм.

Общий коэффициент эффективности очистки скруббера, работающего в системе очистки доменного газа составляет 60÷70%. В форсуночных скрубберах достаточно эффективно улавливаются частицы ныли размером более 10÷15 мкм; они получили широкое распространение в металлургии, преимущественно для охлаждения и увлажнения газа, необходимых для последующей тонкой очистки газа.

Способ охлаждения, увлажнения и очистки доменного газа осуществляют следующим образом.

Подводимый запыленный газ по входному патрубку 15 направляют на зеркало воды бункера 19 для осаждения наиболее крупных частиц пыли, затем распределяют его по всему сечению скруббера, при этом газ движется вверх навстречу потоку капель жидкости. В процессе промывки капли жидкости захватывают частицы пыли и коагулируют. Образовавшийся шлам собирают в нижнюю часть скруббера, откуда непрерывно удаляют промывочной водой по сливному каналу 3. Параллельно с очисткой газ, проходящий через скруббер, охлаждают чаще всего до 40÷50°C и увлажняют обычно до состояния насыщения. Скорость газа в скруббере для этого устанавливают равной 0,7÷1,5 м/с. При больших скоростях начинается капельный унос влаги, что способствует образованию отложений на выходном патрубке 16 диаметром d2 скруббера и в газопроводах. Поддержание постоянного уровня воды в скруббере нормального давления осуществляют с помощью гидрозатвора 4. При повышенном давлении газа уровень воды в скруббере регулируют с помощью поплавковых регуляторов (на чертеже не показано).

Подвод воды к поясам орошения осуществляют через коллекторы, которые располагают снаружи скруббера (фиг.2) и выполняют в виде кольцевых участков трубопровода, соединенных с подводящими трубопроводами 7 с регулирующими задвижками 6, оппозитно которым располагают промывочные задвижки 13.

Форсунки 23 присоединяют к коллекторам радиально с определенным шагом через трубки 20 и 21 посредством демпфирующих вставок 22, причем длину трубок 20 и 21 подбирают таким образом, чтобы сечение корпуса скруббера было полностью перекрыто факелами распыла форсунок. При этом, не отключая скруббер, можно прочистить, продуть и сменить каждую из них.

В скруббере применяют центробежные форсунки с диаметром отверстия 12÷40 мм, которые менее требовательны к чистоте поступающей воды. В каждом поясе устанавливают 8÷16 форсунок, размещая их так, чтобы все сечение было равномерно перекрыто диспергированной жидкостью в количестве, соответствующем заданному удельному расходу. Орошение осуществляют в четырех ярусах с направлением факела форсунок нижних поясов 11 и 12 вверх, а верхних поясов 9 и 10 - вниз.

Удельный расход воды на скруббер поддерживают в пределах 3÷6 дм/м³ газа. Гидравлическое сопротивление полых скрубберов незначительно и не превышает 250 Па. При орошении горячего газа холодной водой в скруббере осуществляют тепло- и массообменные процессы. Газ направляют в скруббер по патрубку 15 не насыщенным влагой, поэтому в нижней части скруббера идет испарительное охлаждение, при этом испаряющаяся вода увеличивает влагосодержание газа до тех пор, пока при какой-то температуре он не становится насыщенным. Все это время охлаждение газа осуществляют при постоянной энтальпии, так как образующийся пар подмешивают к газу, возвращая ему тепло, затраченное в процессе парообразования. Температура воды все это время также остается постоянной и равной температуре мокрого термометра, так как тепло, получаемое водой от газа, полностью расходуется на парообразование. В момент достижения газом состояния насыщения парообразование прекращают. В период испарительного охлаждения температура газа снижается наиболее интенсивно. В верхней части скруббера, в конфузоре 18 высотой N, связанном с выходным патрубком 16 посредством криволинейного колена 17, в котором установлена свеча 8, протекает процесс конденсационного охлаждения. С момента насыщения газа водяными парами дальнейшее охлаждение его вызывает конденсацию части паров. Выделяющееся при этом тепло, как и тепло, передаваемое воде за счет разности температур газа и воды, затрачивается па нагрев воды, который продолжается до тех пор, пока вода не достигнет температуры мокрого термометра. Эта стадия процесса сопровождается уменьшением энтальпии и влагосодержания таза. Граница между испарительным и конденсационным режимами охлаждения газа в скруббере зависит от плотности орошения.

Вихревая форсунка включает в свой состав корпус 24, который выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием 26, и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой 25 с внутренней резьбой 28. В цилиндрической гильзе 25 расположена расширительная камера 27, соосная корпусу. При этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе 25 посредством резьбы 28 сопло 29, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище 30 которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с, по крайней мере, двумя, наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 32 и 33, расположенных в торцевой поверхности сопла 29, образованной его днищем 30. В торцевой поверхности сопла 29 также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие 31, соединенное со смесительной камерой 34 сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой 35. Причем эффективные площади проходных сечений наклонных цилиндрических отверстий 32 и 33, взятые в совокупности, и центрального отверстия 31 равны между собой.

Вихревая форсунка работает следующим образом.

Распыляемая жидкость поступает в корпус 24 через центральное отверстие 26, затем в расширительную камеру 27, соосную корпусу 24. После камеры 27 жидкость направляется к соплу 29, где распределяется по нескольким направлениям: первое по центральному цилиндрическому дроссельному отверстию 31 в смесительную камеру 34, а второе в турбулентный завихритель потока жидкости с наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 32 и 33, также соединенных со смесительной камерой 34 сопла, где при взаимодействии этих встречающихся потоков происходит их дробление с образованием турбулентного потока, направляющегося к диффузорной выходной камере 35, где происходит дополнительное дробление капель жидкости при их столкновении друг с другом за счет расширяющегося турбулентного потока жидкости.

Изобретение относится к технике очистки газов от пыли и химических вредностей и получили широкое распространение в металлургии, преимущественно для охлаждения и увлажнения газа, необходимых для последующей тонкой очистки газа. Это достигается тем, что в устройстве для осуществления охлаждения, увлажнения и очистки доменного газа форсунка выполнена вихревой и содержит корпус с камерой завихрения и сопло. Корпус выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой с внутренней резьбой и расширительной камерой, сосной корпусу. Соосно корпусу в его нижней части подсоединено к гильзе посредством резьбы сопло, выполненное в виде перевернутого стакана. В днище стакана выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с по крайней мере двумя наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий, расположенных в торцевой поверхности сопла. Центральное цилиндрическое дроссельное отверстие выполнено в торцевой поверхности сопла. Дроссельное отверстие соединено со смесительной камерой сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности очистки газов от пыли и химических вредностей. 3 ил.

Устройство для осуществления способа охлаждения, увлажнения и очистки доменного газа, содержащее корпус, конфузор, входной и выходной патрубки, систему орошения и бункер, корпус выполнен цилиндрическим, в нижней части которого расположен входной патрубок диаметром d1, ось которого образует с осью цилиндрической поверхности корпуса острый угол в диапазоне 30÷60°, при этом конец входного патрубка погружен в жидкость, расположенную в коническом бункере, снабженном клапаном с контргрузом и смывным патрубком, а для поддержания постоянного уровня жидкости в бункере предусмотрен сливной канал и гидрозатвор с высотой перелива К, а для технического осмотра скруббера предусмотрен люк, при этом в верхней части скруббера размещено оросительное устройство высотой М, состоящее по крайней мере из четырех поясов орошения с форсунками, создающими равномерный поток мелко диспергированных капель жидкости, движущихся под действием силы тяжести вниз, а нижняя часть скруббера, оканчивающаяся коническим бункером высотой L, заполнена водой, уровень которой поддерживается постоянным, причем подвод воды к поясам орошения осуществляется через коллекторы, которые расположены снаружи скруббера и выполнены в виде кольцевых участков трубопровода, соединенных с подводящими трубопроводами с регулирующими задвижками, оппозитно которым расположены промывочные задвижки, а форсунки присоединены к коллекторам радиально с определенным шагом через трубки посредством демпфирующих вставок, причем длина трубок подбирается таким образом, чтобы сечение корпуса скруббера было полностью перекрыто факелами распыла форсунок, диаметр отверстия которых лежит в оптимальном диапазоне величин: 12÷40 мм, при этом в каждом поясе орошения оросительного устройства установлено оптимальное количество форсунок: 8÷16, причем орошение осуществляется в четырех поясах со следующим направлением факела форсунок: нижних поясов - вверх, а верхних поясов - вниз, причем эффективная работа форсуночного скруббера осуществляется при следующих оптимальных соотношениях его параметров: оптимальное соотношение между высотой скруббера Н и его диаметром D находится в интервале величин: H/D=2÷3; оптимальное соотношение между высотой скруббера Н и высотой М оросительного устройства находится в интервале величин: Н/М=0,8÷1,2; оптимальное соотношение между высотой L конического бункера 19 и высотой N конфузора 18 находится в интервале величин: L/N=2÷3; оптимальное соотношение между высотой L конического бункера 19 и высотой перелива К гидрозатвора 4 находится в интервале величин: L/К=2,0÷4,5; оптимальное соотношение между диаметром d1 входного патрубка 15 и диаметром D скруббера находится в интервале величин: d1/D=0,2÷0,3; оптимальное соотношение между диаметром d1 входного патрубка 15 и диаметром d2 выходного патрубка 16 скруббера находится в интервале величин: d1/d2=0,8÷1,4; оптимальный размер капель жидкости в оросительном устройстве скруббера 0,8÷1 мм, отличающееся тем, что форсунка выполнена вихревой и содержит корпус с камерой завихрения и сопло, причем корпус выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой с внутренней резьбой и расширительной камерой, соосной корпусу, при этом соосно корпусу в его нижней части подсоединено к гильзе посредством резьбы сопло, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с по крайней мере двумя наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий, расположенных в торцевой поверхности сопла, где также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие, соединенное со смесительной камерой сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой.