Промышленный скруббер Советский патент 1992 года по МПК B01D47/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике, непосредственно к очистке дымовых газов от твердых частиц и вредных газообразных примесей, и может быть использовано на тепловых электростанциях и в котельных цехах промышленных предприятий, топливоиспользующие установки которых оборудованы пылеугольными топками.

В указанных установках дымовые газы, отводимые в окружающую среду, освобождаются от содержащихся в них золы и несго- ревшего уноса топлива с помощью различных пыле- и золоулавливающи устройств, например мокрой инерционной очистки газов.

Известен пылеуловитель, содержащий пылеосадительную камеру с орошаемыми осадительными элементами и размещенную под нижними торцами осадительных

элементов систему орошения с раздаточными отверстиями.

Наряду с рядом преимуществ (высокая степень очистки, низкое аэродинамическое сопротивление, снижение брызгоуноса и др.) известному устройству присущи следующие недостатки: пониженные надежность и экономичность работы вследствие сноса струй воды при воздействии на них запыленного газового потока; повышенная материалоемкость в связи с тем, что в качестве рабочих поверхностей использовано только 50% общей поверхности пылеосадительных элементов.

Наиболее близким к предлагаемому по конструкции и рабочему процессу является промышленный скруббер для очистки горячих дымовых газов от твердых частиц и вредных газообразных примесей, содержащий

сл

ел

основание, две параллельно установленные боковые стенки и съемную крышку с установленным на основании в несколько рядов большим количеством вертикальных труб, размещенных в шахматном порядке(со смещением в рядах). В основании имеется устройство для закрепления труб и удаления из скруббера шлама. Верхние концы труб вставлены в направляющие и дистанциони- рующие съемные втулки, которые поджимаются к трубам при помощи пластины.

Пластина расположена неподвижно на небольшом расстоянии от верхних торцов труб. Рабочий процесс прототипа заключается в том, что насос прокачивает воду через трубы снизу вверх. Выходя через верхние концы труб, вода сталкивается с пластиной, разбрызгивается и падает в виде капель вниз, а также стекает по наружной поверхности труб. Улавливаемые твердые частицы оседают на каплях и смоченных поверхностях труб и поступают в устройство для удаления шлама, размещенное в основании скруббера.

Прототипу присущи следующие недостатки: недостаточная эффективность очистки газов вследствие образования застойных зон перед и за каждой трубой при обтекании последних запыленным потоком, из-за низкой энергии водяной пленки, образуемой на поверхности труб при отекании воды под действием только гравитационных сил, что приводит к необходимости значительного увеличения общего количества труб, росту металлоемкости и аэродинамического сопротивления устройства; недостаточная экономичность вследствие повышенного расхода воды и энергии на ее прокачку из-за разбрызгивания при столкновении струй воды с пластиной и дальнейшим каплеуносом, а также ввиду нерационального использования воды при смачивании части поверхностей труб в застойных зонах, неиспользуемых для осаждения твердых частиц (или используемых с низкой эффективностью); низкие надежность и долговечность вследствие быстрого абразивного износа стенок труб золой и нарушения их плотности; повышенные металлоемкость и затраты из-за сложности конструкции с подводом чистой воды и отводом шлама через нижнюю часть скруббера, необходимости применения брызгоуловителя, сложности обеспечения равномерности распределения воды по трубам и регулирования режима ее истечения.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки газа, надежности и экономичности работы промышленного скруббера.

Указанная цель достигается тем что в предлагаемом промышленном скруббере, содержащем пылеуловительную камеру, образованную двумя параллельно установленными боковыми стенками, орошаемыми осадительными элементами цилиндрической формы, установленными вертикально в наклонном основании, снабженном желобом для слива шлама, над осадительными

0 элементами установлена герметичная камера с регулируемым подводом к ней воды, состоящая из горизонтальных съемной крышки и доски с коническими отверстиями, обращенными меньшими сечениями

5 вниз и диаметрами, превышающими наруж- ные,диаметры соответствующих осадитель- ных элементов, зафиксированных верхними концами в этих отверстиях при помощи закручивающих шлицов, установленных в об0 разовэнных зазорах переменного сечения, причем закручивающие шлицы каждой пары расположенных смежно в ряду осади- тельныхэлементовимеют

противоположные направления крутки, а

5 сами элементы выполнены с переменным диаметром и установлены с переменным шагом по рядам, уменьшаемым от первого ряда к последнему по ходу газа в пылеоса- дительной камере.

0 На фиг. 1 приведен предлагаемый скруббер, общий вид; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; на фиг, 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 (укрупненно) - узел крепления цилиндрического осадительного

5 элемента в верхней доске при помощи закручивающих шлицов; на фиг. 5 - то же, вид сверху.

Промышленный скруббер содержит пылеуловительную камеру 1, образованную

0 двумя параллельно установленными боковыми стенками 2, орошаемые осадительные элементы 3 цилиндрической формы, установленные вертикально в наклонном основании 4, снабженном желобом 5 для слива

5 шлама и герметичную камеру б с регулируемым (регулятор 7) подводом 8 воды, установленную над осадительИыми элементами 3 и состоящую из горизонтальной съемной крышки 9 и пластины 10с конусообразными

0 отверстиями 11, обращенными меньшими сечениями 12 вниз и имеющими диаметры, превышающие наружные диаметры соответствующих осадительных элементов 3, зафиксированных верхними концами 13 в

5 отверстиях 11 при помощи закручивающих шлицов 14, размещенных в образованных зазорах 15 переменного сечения между стенками 16 конических отверстий 11 пластины 10 и цилиндрическими поверхностями верхних концов 13 осадительных

2. Скруббер по п. 1. о т л и ч а га щ и й- с я тем, что, с целью повышения эффективности улавливания мелкодисперсных твердых частиц, цилиндрические осадительные

элементы выполнены с уменьшением диаметра порядно, по ходу газа и установлены с изменением шага, соответствующим изменению диаметра элементов.

Использование: очистка дымовых газов от твердых частиц и вредных газообразных примесей на тепловых электростанциях и в котельных цехах промышленных предприятий, топливоиспользующие установки которых оборудованы пылеугольными топками. Сущность изобретения: над осадительными элементами цилиндрической формы размещена водяная камера, отверстия в нижней пластине которой выполнены конусообразными и обращенными меньшим основанием вниз, при этом элементы установлены вертикально и зафиксированы в отверстиях посредством закручивающих шлицов, а шлицы каждой пары смежных элементов в ряду и в соседних рядах имеют противоположный угол закрутки. Цилиндрические элементы выполнены с уменьшением диаметра порядно, по ходу газа и установлены с изменением шага, соответственным изменению диаметра элементов. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

//

10

Вход зипь газа

/

СлаВ шлапа

Н

f HxHfc

70 очищенного газа

фиг.1

/

ю

W L 11 9 в

-- L-Л

tftfe.J

12 К

направление крутки ооо- шающеа&оды

Фи&Л

Редактор З.Ходакова

C&we.j

Составитель Г.Баранкин

Техред М.МоргенталКорректор М.Петрова

Заказ 2954ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская :аб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

элементов 3. Закручивающие шлицы 14 каждой пары смежных осадительных элементов 3 в соседних рядах и в ряду имеют противоположные направления крутки (обозначено стрелками), а сами элементы 3 выполнены с переменным диаметром и установлены с переменным шагом S по рядам, с уменьшением этих значений от первого ряда 17 к последнему 18 по ходу газа в пылеосадительной камере 1, т.е. по ее длине.

Промышленный скруббер работает следующим образом.

Дымовые газы, выходящие из конвективной шахты котла, поступают на вход скруббера в пылеосадительную камеру 1 и обтекают наружные поверхности орошаемых осадительных элементов 3 цилиндрической формы. Орошающая вода через регулятор 7 подводится под давлением в герметичную камеру 6, откуда через каналы винтообразной формы, образованные между закручивающими шлицами 14 в зазорах 15, поступают в виде высокоскоростных тангенциальных струй на цилиндрические поверхности осадительных элементов 3, образуя на них сплошную водяную пленку с движением жидкости в ней по спирали при стекании сверху вниз. Причем на каждой отдельно взятой паре смежных осадительных элементов 3 в каждом ряду вращающаяся пленка воды имеет противоположные направления вращения, в результате чего в узких проходных сечениях между элементами 3 составляющие скорости потока газа и водяной пленки либо складываются, либо вычитаются с чередованием, образуя при этом зоны повышенных и пониженных скоростей потока газа, а следовательно, и Давлений в проходах (согласно известному в физике эффекту Магнуса). За счет созданных перепадов давления застойные зоны, образуемые перед и за цилиндрической поверхностью при обтекании последней набегающим потоком газа, исчезают или в значительной степени уменьшаются, а кроме того, при взаимодействии враа1ающейся с большой скоростью пленки воды с потоком газа разрушается пограничный слой газа у поверхностей осадитель- ных элементов 3, препятству- ющий осаждению потока наиболее мелких фракций твердых частиц из запыленного потока. Образование сплошной водяной пленки на осадительных элементах 3 обеспечивается непосредственно при выходе из зазоров 15 на цилиндрические поверхности элементов 3, за счет чего предотвращается неблагоприятное воздействие потока газа на струи воды - их снос и

разбрызгивание, снижается или полностью исключается каплеунос. Выполнение отверстий 11 конической формы с ориентацией меньшими сечениями вниз позволяет повысить скорость движения воды в пленке с уменыиением ее толщины и экономией воды, а также как бы плотно прижать ее к цилиндрической поверхности элемента 3, исключая при этом отрыв воды и ее раз0 брызгивание. Кроме того, исключается необходимость выполнения цилиндрических осадительных элементов 3 в виде труб, так как вследствие подвода воды под давлением из герметичной камеры 6 элементы 3

5 могут быть выполнены сплошными (в виде стержней, прутков и т.д.), чем повышается надежность и долговечность работы устройства при интенсивном абразивном износе элементов 3.

0 В однородном потоке запыленного газа на входе в пылеосадительную камеру 1 содержатся, как правило, твердые частицы самой различной крупности, имеющие соответственно и различные массы. Части5 цы, имеющие большую массу и, следовательно, обладающие большей энергией и силой инерции, легче преодолевают застойные зоны и пограничный слой газа, образуемые при обтекании газом осадительных

0 элементов 3 цилиндрической формы. Основная часть крупных частиц может быть уловлена водяной пленкой на поверхности осадительных элементов 3 уже в первых нескольких рядах. Газовый поток с более мел5 кими частицами (крупностью 2-10 мкм) проходит вдоль пылеосадительной камеры 1 и поступает на ряды осадительных элементов 3, имеющих меньшие диаметры и расстояния (шаг) между элементами 3 в рядах.

0 Известно, что при перпендикулярном обтекании цилиндрической поверхности газовым потоком при прочих равных условиях (скорости потока и плотности среды) величина застойных зон до и после цилиндра, а

5 также толщина пограничного слоя зависят только от диаметра цилиндра (например, если умозрительно сравнить картину обтекания цилиндра диаметром 100 мм и проволоки диаметрбм 3-5 мм). Следова0 тельно, уменьшение диаметров элементов 3 в рядах от первого - 17 к последнему - 18 по ходу газа в пылеосадительной камере 1 улучшит условия осаждения наиболее мелких фракций твердых частиц и запыленного

5 газового потока, что повысит эффективность очистки газа.

Уменьшение расстояний (шага S) между элементами 3 в рядах всоответствии сизмене- нием их диаметров вдоль пылеуловительной камеры обеспечивает, во-первых, сохрэнение суммарной пылеулавливающей поверхности в каждом ряду на некотором расчетном уровне (путем увеличения количества осадительныхэлементов 3 в ряду при уменьшении их диаметра), во-вторых, обеспечивает сохранение или даже сокращение площади живого сечения для прохода газового потока по длине пылеуловительной камеры 1, за счет чего поддерживается (а не снижается) скорость движ ения газового потока на некотором расчетном уровне, и, в- третьих, обеспечивает лучшее перекрытие осздительными элементами 3 каждого последующего ряда проходов предыдущего ряда, что также благоприятно для повышения эффективности очистки газа. Кроме того, уменьшением шага S между элементами 3 в рядах по длине камеры 1 может быть компенсировано снижение скорости движения газового потока вследствие охлаждения газа в процессе очистки в первых рядах и снижения его удельного объема, что позволит повысить эффективность процесса инерционной очистки газа. В самых последних рядах возможно также соответствующим уменьшением шага S даже увеличить скорость газа для более эффективного улавливания самых мелких фракций пыли, имеющих соответственно наименьшие массы и обладающих малой инерционностью,

Очистка газового потока от вредных газов, растворимых в воде (например, двуокиси серы), производится при контакте газового потока с пленкой воды на поверхностях осадительных элементов 3. Образующийся шлам с уловленными твердыми частицами стекает по поверхностям осадительных элементов 3 на наклонное основание 4, под действием гравитационных сил через желоб 5 поступают в систему золош- лакоудаления и багерными насосами откачивается на золоотвал или в осадительные емкости.

Таким образом, в промышленном скруббере по сравнению с прототипом обеспечивается повышение эффективности Очистки запыленного газа оттвердыхчастиц за счет применения более эффективного орошения пылеосадительных элементов 3, а также изменение их диаметров и шага по длине камеры 1 с устранением застойных зон и разрушением пограничного слоя; повышение надежности за счет возможности применения вместо труб сплошных цилиндрических элементов 3 и применения раздельного подвода воды через герметичную камеру 6, размещенную над осадительными элементами, со сливом шлама из нижней части пылеосадительной камеры 1; повышение экономичности вследствие устранения

каплеуноса и экономии энергии на прокачку воды, а также путем снижения металлоемкости и суммарного аэродинамического сопротивления за счет отсутствия

брызгоуловителя.

При внедрении изобретения во внимание дожны быть приняты следующие конструктивные особенности: пылеосадительные элементы по возможности изготовляют из

износостойких некорродирующих материалов; живые сечения для прохода газов между пылеосадительными элементами рассчитываются при номинальном расходе дымовых газов из условия расчетной скорости на входе в первый ряд 3-5 м/с, на входе в последние ряды 5-10 м/с; закручивающие шлицы 14 могут быть изготовлены на верхних концах 13 осадительных элементов 3, например, методом наплавки или фрезеровки, а при сборке элементы вставляются сверху (при снятой съемной крышке 9) через конические отверстия 11 и уста на вливаются нижними концами в основании 4, при этом шлицы 14 плотно входят в конические отверстия 15 и фиксируют осадительный элемент 3 в каждом из них; в процессе эксплуатации необходимый расход воды на скруббер регулируется регулятором 7 в зависимости от концентрации золы в потоке газа, фракционного состава и нагрузки котла.

Изобретение предложено в ходе разработки и исследования характеристик малогабаритных систем очистки пылегазовых потоков.

Формула изобретения

цилиндрической формы, размещенными порядно и шахматном порядке, систему орошения, выполненную в виде герметичной водяной камеры, ограниченной горизонтальной крышкой и параллельной ей пластиной с отверстиями, имеющими диаметры, превышающие наружные диаметры установленных в них концов осадительных элементов, желоб для слива шлама, отличающийся тем, что, с целью повышения

эффективности очистки газа, надежности и экономичности работы, водяная камера размещена над осадительными элементами, отверстия ее выполнены конусообразными и обращенными меньшими основаниями

вниз, при этом осадительные элементы зафиксированы в отверстиях посредством закручивающих шлицов, а закручивающие шлицы каждой пары смежных осадительных элементов в ряду и в соседних рядах имеют противоположный угол закрутки.