Установка для санитарной очистки газовых промышленных выбросов Советский патент 1996 года по МПК F23J15/00 

1

(22) 05.12.88

(21) 4612702/33 (46) 27.11.96 Бюл. № 33 (72) Слободяник И.П.

(71) Краснодарский политехнический институт

(56)Патент N 1551879, кл. F 23 J 15/00, 1972.

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ

(57)Изобретение относится к охране воздушного бассейна от загрязнений промышленными отходами в виде твердых дисперсных частиц и вредных газовых примесей и может быть использовано в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение эффективности и экономичности очистки. Установка для санитарной очистки газовых промышленных выбросов содержит дымовую трубу 1 с коническим отражателем 2, колпак 3 с верхней крышкой 4, центральную вертикальную трубу 5, подсоединенную патрубками 6 к кольцевому тору 7, отражательные цилиндры 11 с вертикальными окнами 12. Горячие дымовые газы попадают в кольцевое сечение между колпаком 3 и трубой 1, где движутся вниз. Циркулирующая вода выходит через горизонтальную щель между конусами в виде круговой струи, проходит через окна 12 цилиндров 11 и отражается от простенков. После взаимодействия с дымовыми газами вода стекает в кольцевой поддон 15 и по наклонному дну 16 отводится через патрубок 17. 6 ил.

С/3

d

ON

w

СУ1

Os 4

OJ

ro

rVOIT)

ГО

ЧО

D

СД

Фи1 J

31

Изобретение относится к охране воздушного бассейна от загрязнений промышленными отходами в виде твердых дисперсных частиц и вредных газовых примесей и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение эффективности и экономичности очистки.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая установка, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - сечение Г-Г на фиг.4; на фиг.6 - сечение Д-Д на фиг.2.

Установка для санитарной очистки газовых промышленных выбросов содержит вертикальную дымовую трубу 1 с коническим отражателем 2, установленным вершиной вверх и отстоящим от верхней кромки дымовой трубы 1 на расстоянии, равном не менее 0,25 диаметра трубы для обеспечения постоянства сечения для прохода дымовых газов. Над коническим отражателем 2 осесимметрично по отношению к дымовой трубе установлен цилиндрический колпак 3 с верхней крышкой 4, нижняя кромка которого находится выше верхней кромки дымовой трубы 1, диаметр колпака 3 принимается таким, чтобы поперечное кольцевое сечение между колпаком 3 и дымовой трубой было не меньше поперечного сечения дымовой трубы 1. Над коническим отражателем 2 под крышкой 4 осесимметрично к дымовой трубе 1 установлено устройство для распределения жидкости в кольцевом сечении между колпаком 3 и дымовой трубой 1, состоящее из центральной вертикальной трубы 5 для подачи жидкости, подсоединенной радиальными патрубками 6 к кольцевому тору 7, расположенному над отражателем 2. В кольцевом торе 7 по наружному периметру выполнена горизонтальная щель 8, сверху и снизу от которой к тору 7 подсоединены коаксиальные усеченные конусы 9 и 10, ориентированные большими основаниями вниз с параллельными образующими под острым углом к горизонтали; устройство для распределения жидкости расположено в кольцевом пространстве между стенками колпака 3 с отражателем 2 и дымовой трубой 1 и выполнено в виде концентрически расположенных вокруг трубы 1 отражательных цилиндров 11 с прямоугольными вертикальными окнами 12 и простенками 13, причем отношение ширины простенка 13 к ширине окна 12 каждого цилиндра 11 равно отношению разности квадратов радиуса

данного цилиндра 11 и радиуса смежного внутреннего цилиндра 11 или наружного радиуса дымовой трубы 1 для первого внутреннего цилиндра 11 к разности квадратов внутреннего радиуса колпака 3 и радиуса данного цилиндра 11. Верхние кромки окон 12 отражательных цилиндров

11расположены выше плоскости отражателя 2 дымовой трубы 1, а нижние кромки окон

12расположены ниже верхней кромки дымовой трубы 1. Отражательные цилиндры 11 крепятся к колпаку 3 радиальными ригелями 14, а под колпаком 3 к дымовой трубе 1 прикреплен кольцевой поддон 15 с наклонным дном 16, верхние кромки поддона

15отстоят от нижних кромок колпака 3 по вертикали на расстоянии не менее 0,25 диаметра дымовой трубы 1, а наружный диаметр кольцевого поддона 15 не меньше диаметра колпака 3, и к нижней части дна

16поддона подсоединен патрубок 17 для отвода пульпы в отстойник, из которого осветленная жидкость подается насосом в устройства для распределения жидкости (на чертежах не показано).

Работает установка для санитарной очистки газовых промышленных выбросов из дымовых труб следующим образом.

Горячие дымовые газы движутся вверх по дымовой трубе 1 под действием тяги, создаваемой разностью температур (а следовательно, и плотностей) дымовых газов и окружающего воздуха, отражаются от конического отражателя 2 в кольцевое сечение между колпаком 3 и трубой 1, где движутся вниз. Циркулирующая вода подается насосом из отстойника в центральную трубу 5 по патрубкам 6, поступает в кольцевой тор 7 и выходит через горизонтальную щель 8 между конусами 9 и 10 в виде расходящейся круговой струи под острым углом вниз к горизонтали, образуя параболоид вращения, который встречает на своем пути в кольцевом сечении между колпаком 3 и дымовой трубой I отражательные цилиндры 11, проходит через окна 12 цилиндров 11 и отражается от простенков 13, обеспечивая тем самым равномерное распределение воды по кольцевому сечению между колпаком 3 и дымовой трубой 1 и тесное взаимодействие с движущимися вниз дымовыми газами. В связи с коническим направлением струи воды при выходе из горизонтальной щели 8 между конусами 9 и 10 траектория движения струй жидкости под действием сил инерции и сил тяжести будет более отвесной и при отражении от простенков 13 отражательных цилиндров 11 отраженные струи воды будут

направлены вниз, что создает направление движения воды и газов вниз, уменьшает возможность задувания дымовой трубы вследствие обильного парообразования при взаимодействии горячих дымовых газов и воды. Регулируемый расход воды, подаваемый по центральной трубе 5, обеспечивает охлаждение дымовых газов и конденсацию образующихся водяных паров для предупреждения задувания дымовой трубы 1. При установившемся режиме работы установки задувание маловероятно, так как мокрая очистка газов происходит в настоящей части потока дымовых газов непосредственно у выхода в окружающую атмосферу в кольцевом пространстве между колпаком 3 и дымовой трубой 1.

После взаимодействия с дымовыми газами вода с твердыми частицами и растворенными газообразными веществами стекает вниз в кольцевой поддон 15 и по наклонному дну 16 отводится через патрубок 17 в отстойник (не показано), а очищенные дымовые газы отводятся в окружающую атмосферу.

Распределение жидкости между колпаком 3 и дымовой трубой 1 происходит следующим образом.

Жидкость под напором подается по центральной трубе 5, поступает по патрубкам 6 в кольцевой тор 7 и выходит через горизонтальную щель 8 между конусами 9 и 10 в виде расходящейся струи и под действием сил инерции и сил тяжести движется круговой струей к стенкам колпака 3 в форме параболоида вращения, встречая на своем пути отражательные цилиндры 11 с окнами 12 и простенками 13. Пересекая первый внутренний отражательный цилиндр 11 на своем пути, поток жидкости в виде параболоида вращения частично отражается от простенков 13 внутреннего отражательного цилиндра 11 и распространяется по кольцевому сечению между этим цилиндром 11 и дымовой трубой 1, а остальная часть жидкости проходит через окна 12 внутреннего отражательного цилиндра 11 в направлении к стенкам колпака 3, пересекает линию следующего (второго) отражательного цилиндра 11, где частично отражается от простенков 13 и попадает в кольцевое пространство наружного (второго) и внутреннего (первого) отражательных цилиндров 11, остальная часть жидкости в виде частично прерванного параболоида вращения проходит через окна 12 второго отражательного цилиндра 11 к следующему наружному (третьему) отражательному цилиндру 11 и

т.д., включая последний наружный отражательный цилиндр 11 и стенку колпака 3.

Как видно с использованием предлагаемого распределителя жидкости представляется возможным прогнозировать распределение жидкости по сечению между колпаком 3 и дымовой трубой 1 по заранее заданному принципу, как равномерное распределение жидкости по всему поперечному сечению или сосредоточения жидкости преимущественно в центральной части.

Например, при равномерном распределении жидкости по всему сечению расчет рабочих элементов распределителя, в частности, отражательных цилиндров выполняется следующим образом при принятых обозначениях: г - радиусы отражательных цилиндров; а - ширина окон цилиндров; b

ширина простенков цилиндров; п количество отражательных цилиндров.

Соответственно для каждого цилиндра шаг окон по окружности tn ап + Ьп,

количество окон для n-го цилиндра 2пг

k Ц

nt

п

отношение пропущенной части жидкости к

отраженной для данного n-го цилиндра а

п

Р г-- . ПЬ

п

В соответствии с принятыми предпосылками равномерного распределения жидкости по сечению определим последовательно величины р для каждого отражательного цилиндра, на основе чего можно однозначно определить величины a, b и t при принятых значениях п.

Для самого внутреннего (первого) цилиндра

ъ

f.

R2-r2

2 2

Г -Г 1 О

(1)

R - внутренний радиус колпака 3;

- наружный радиус дымовой трубы; второго цилиндра

а

2

2 IT

V

R2-r2

2 2 2

г -г

2 1

(2)

третьего цилиндра

а

V Б;

«1

R2-r2

22

г -г

32

(3)

рекурентно для п-го цилиндра а

R2-r2

V

2 2 . г -р -1 п п

(4)

Как видно, можно легко прогнозировать распределение жидкости по сечению по любому заранее заданному закону, но только симметрично по отношению к оси колонны.

Расчет геометрических размеров отражательных цилиндров 11 распределителя жидкости (см. фиг.4, 5) заключается в определении для каждого отражательного цилиндра 11 размеров вертикальных окон 12 и простенков 13 между окнами, имея ввиду, что жидкость, поступая по центральной трубе 5, выходит через щель 8 и совершает движение под действием сил трения и силы тяжести по траекториям в виде параболоида вращения от центра к стенкам колпака 3.

Встречая на своем пути вертикальные отражательные цилиндры 11, жидкость проходит через их окна 12 и отражается от простенков 13 внутрь данного цилиндра 11, от которого отразилась. Как видно, от ширины окон 12 и простенков 13 зависит распределение по сечению между отражательными цилиндрами 11 жидкости, поступающей по центральной трубе 5.

Исходя из необходимости равномерного распределения жидкости по сечению колонны при принятых обозначениях:

Ос - количество поступающей жидкости

v. колонну, м /с,

R - внутренний радиус колпака, 3, м;

п, Г2, ... п, ... гп - внутренние радиусы отражательных цилиндров 5 (счет номеров цилиндров 11 от центра к периферии);

bi, 02, ... bi, ... bn - ширина простенков 13 отражательных цилиндров 11 (счет от центра к периферии), м;

ai, а2, ... а,, ... ап - ширина окон 12 отражательных цилиндров 11 (счет номеров от центра к периферии), м;

ni, П2, ... HI, ... пп - номер цилиндра 11 (счет от центра к периферии).

При выходе жидкости из трубы 5 через щели 8 образовавшийся жидкостной параболоид вращения встречается на пути с первым отражательным цилиндром 11 радиусом п, причем часть жидкости проходит через окна 12 шириной ai, а часть жидкости отражается от простенков 13 шириной bi внутрь цилиндра радиусом п. Чтобы обеспечить равномерное распределение жидкости по сечению внутрь цилиндра радиусом п, должно отразиться от простенков bi количество жидкости, пропорциональное поперечному кольцевому сечению я(), а через окна шириной ai должна пройти остальная часть жидкости, которая распределяется по

кольцевому поперечному сечению я(К2-г). Таким образом, суммарное сечение простенков 1-го цилиндра п, b, h должно быть пропорционально поперечному сечению цилиндров я (г f-ro), а суммарное сечение окон 1-го цилиндра п, a, h пропорционально поперечному сечению, на которое распределяется эта жидкость, т.е. r(R -rf), что представляется в записи п

b ,h 1

г 2 2 ,

тцг -г )

1 О

о о 7t(R -Г)

(5)

где h - высота окон и простенков, м.

Очевидно, что внутри 1-го отражательного цилиндра осталось количество жидкости

Q

,2 2. (Г -Г )

1 О

(R2-r2)

а прошло через окна 1-го цилиндра

(г2-г2)(R2-2r2-2r2)

Q -Ql ° Q - 11с с (R2-p2)c(R2-r2)

При этом видно, что

Q ,

С

(7)

т.е. суммарное количество жидкости, отраженное от 1-го цилиндра и прошедшее через окна 1-го цилиндра, равно.

Аналогично количество жидкости, отраженное от 2-го цилиндра и прошедшее через окна 2-го цилиндра, должно быть равно количеству жидкости, прошедшей через окна 1-го цилиндра и т.д.

Количество жидкости, прошедшее через все окна 2-го цилиндра площадью П2, 32, h, пропорционально поперечному кольцевому

сечению я(Я2-гЗ),, а количество жидкости, отраженное от простенков 2-го цилиндра площадью П2, b2, h, пропорционально поперечному кольцевому сечению л(г2-гТ), на которое распределяется эта жидкость исходя из равномерного распределения жидкости по сечению.

,2 2 . П(

,r(R2-r2)

(8)

Аналогично можно составить рекурентно соотношения для любого 1-го отражательного цилиндра

(г2-гг-1)

(R2-r2)

Для последнего цилиндра

п-го

г 2 2 . ,

(г -г -1)

(R2-r2J

п

(10)

При выводе уравнений (5) - (10) не учитывалась толщина стенок цилиндров для упрощения выражений, а количество распределяемой жидкости в отражательных цилиндрах принималось за 1, что также не меняет сущность выражений, а только упрощает их.

В выражениях (5), (8) - (10) только по одному неизвестному, так как шириной простенка задаются по конструктивным соображениям исходя из прочности и жесткости цилиндров, причем чем меньше ширина простенка, тем равномернее распределение жидкости.

Не вызывает сомнения, что количество окон и простенков отражательного цилиндра определяется по выражению для щ-го цилиндра

2пт

n.

(11)

где ti ai + b; - шаг окон и простенков по окружности п-го цилиндра.

Очевидно, что чем больше будет число цилиндров, тем равномернее будет распределяться жидкость по сечению колонны.

На основе формализованных рассуждений о причине распределения жидкости по поперечному сечению с учетом количества жидкости, прошедшей через окна 12 отражательных цилиндров 11, и отраженной жидкости от простенков 13 внутрь отражательных цилиндров 11, получены абсолютно

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Установка для санитарной очистки газовых промышленных выбросов, содержащая дымовую трубу, установленный над ней отражатель, центральную трубу для подачи жидкости над отражателем, устройство для распределения жидкости, колпак, размещенный над дымовой трубой, кольцевой поддон с наклонным днищем, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности очистки, она снабжена кольцевым тором с горизонтальной щелью по наружному периметру, расположенным над отражателем, радиальными патрубками, подсоединяющими центральную трубу для подачи жидкости к кольцевому тору, двумя коаксиальными усеченными конусами, ориентированными большими основаниями вниз и подсоединенными к горизонтальной щели, верхние кромки кольцевого поддона расположены ниже нижних кромок колпака,

идентичные соотношения (1) - (4) и (5) - (11).

Для санитарной очистки газовых выбросов от пыли и вредных газообразных примесей целесообразно использовать водные растворы химически активных веществ по отношению к поглощаемым компонентам.

Предлагаемая установка выгодно отличается по сравнению с известными очень низким гидравлическим сопротивлением потоку газа, которое может оказаться практически даже отрицательным за счет охлаждения газа на нисходящем его участке.

Технические преимущества данной установки для санитарной очистки газовых промышленных выбросов из дымовых труб от пыли и вредных газообразных примесей заключаются в повышении эффективности и экономичности очистки за счет использования больших нагрузок рециркулирующей воды при малых удельных расходах воды на очистку, за счет очень низких гидравлических сопротивлений потоку газа, за счет исключения потребности принудительного отвода охлажденных газов после мокрой очистки вентиляторами через дымовые трубы.

Преимущества предлагаемой установки, вытекающие из технических преимуществ, заключаются в повышении эффективности очистки газовых промышленных выбросов от пыли и вредных газообразных примесей, уменьшении удельного расхода воды на очистку, уменьшении энергетических и трудовых затрат на очистку.

имеющего горизонтальный срез, устройство для распределения жидкости выполнено в виде концентрически расположенных вокруг дымовой трубы отражательных цилиндров с прямоугольными вертикальными окнами, причем отношение ширины простенка к ширине окна каждого цилиндра равно отношению разности квадратов радиуса данного цилиндра и радиуса смежного внутреннего цилиндра или наружного радиуса дымовой трубы для первого внутреннего цилиндра к разности квадратов внутреннего радиуса колпака и радиуса данного цилиндра, верхние кромки окон отражательных цилиндров расположены выше плоскости отражателя, а нижние кромки окон расположены ниже верхней кромки дымовой трубы.

Фиг.З

Фиги

13

/2 ч

г- г

14

//

/3