Способ очистки выходящих из печи газов и устройство для его реализации Советский патент 1992 года по МПК B01D51/08 

Изобретение относится к-очистке газов от пыли и может быть использовано при улавливании твердой фазы газов, выходящих из цементной печи.

Известен газоочиститель, который содержит цилиндрическую камеру акустической коагуляции, на одном конце которой расположен звукогенератор 2. На другом

конце камеры размещен рефлектор и выходной патрубок. По оси камеры размещена труба. Один конец трубы герметично прилегает к торцу камеры, а другой выполнен с отверстием на боковой поверхности и установлен с зазором по отношению к рефлектору. В боковой стенке камеры имеется окно, над которым с наружной стороны расположен звуковой генератор. Звуковой генератор выполнен в виде двух установленных одна напротив другой прямоугольных камер. Одна из камер соединена с тангенциальным входным патрубком. Прямоугольные камеры выполнены с общей верхней стенкой.

Верхняя стенка снабжена пластинами, установленными между камерами, и окном. На боковой поверхности камеры акустической коагуляции между окном и рефлектором выполнены по всему периметру кольцевые изделия отсоса взвешенных частиц.

Недостатком известного газоочистителя является невысокое качество очистки выходящих газов из-за того, что не удается генерировать достаточно интенсивные акустические волны внутри печи, тем более стоячие волны, При высокой запыленности поступающего газа значительно возрастают энергозатраты на отсос пыли из камеры акустической коагуляции. Для повышения эффективности осаждения пыли путем снижения частоты стоячих волн требуется значительно увеличивать размеры коагуляци- онной камеры.

Целью изобретения является повышение качества очистки выходящих из печи газов путем интенсификации коагуляции частиц.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки газов путем озвучивания одновременно двумя акустическими источниками колебаний, озвучивание производят акустическими колебаниями, разность частот которых удерживают равной A f(0,025- 0,1) (fi + fa) Гц, а значения частот fi и Т2 устанавливают в интервале 8...50 Гц.

Внутри печи формируют стоячие волны с частотой, соответствующей

Г

4 (2m+1),

где а - скорость звука:

L - длина внутренней полости печи;

m 0,1,2... - номер гармоники стоячих волн.

В устройстве для очистки выходящих из печи газов, содержащем камеру акустиче ской коагуляции, соединенную с печью пат рубком, и акустический генератор, в патрубке выполнен поперечный разрез, охваченный снаружи двумя разными по объему резонаторами. Часть патрубка, соединенная с печью, в области разреза выполнена в виде плоского щелевого сопла. Противоположная по разрезу часть патрубка выполнена в виде плоского щелевого диффузора. Площадь поперечного сечения входного среза диффузора равна площади

-

поперечного сечения выходного среза плоского щелевого сопла. В продольной плоскости симметрии, общей для плоского щелевого сопла и плоского щелевого диффузора, параллельно широким кромкам разреза во всю их ширину установлена общая разделительная плоская пластина. Разделительная пластина образует два взаимно герметично изолированных плоских щелевых

канала. Каждый щелевой канал через разрез в патрубке сообщен с внутренней полостью соответствующего резонатора. Торцевые кромки плоского щелевого сопла и плоского щелевого диффузора выполнены

заостренными. Расстояния д- и 62 между кромками разреза патрубка пропорциональны корню квадратному из объема соответствующего резонатора.

Донные стенки резонаторов могут быть

установлены с возможностью перемещения вдоль боковых стенок резонаторов.

Акустическое поле, создаваемое в пространстве печи и потоке газа, возбуждает в пространстве периодические пульсации

статического давления и скорости. На взвешенные частицы, движущиеся в газовом потоке, действует сила, которую можно разбить на постоянную и переменную составляющие. При изменении силы сопротивления среды по линейному закону Стокса (Fconp 3 сШдр, где rj - динамическая вязкость среды, d -диаметр частицы, 11др - относительная скорость движения газа), движение частицы описывается уравнением

UP+ /3UP /3 (U + U sin w t), где Op - скорость движения частицы,

/3 - , т - d , рр - плотность частицы, ш - частота пульсаций скоростного напора потока на частицу, U - постоянная скорость газового потока, 0 - пульсацион- ная скорость газового потока. Решение этого уравнения при начальных условиях t О,

ир Upo имеет вид

(1)

,(2.1 U sin ( ftJt - ф

( )+ироеч/т

50

Up

+ 0)

+(Jl2

-rt -Vc e +upoe .

где и UC(2) ;p- и up- - постоянная и переменная составляющие скорости движения частиц р- угол сдвига фазы движения частицы и 5 среды ( y arctg WTT ).

Наличие сдвига фазы объясняется влиянием окрестности частицы, в силу которой она вовлекается в движение среды с тем ИЛУ иным запаздыванием. Для мелких частиц характеризующихся невысокой инерционностью ( 0)t 1), скорость определяется соотношением

Up U + sin (a) ),

где ftp cos p степень увлеv 1 -for г чения частицы пульсирующей средой; при

известных а) лт получаем

-,2

arctg |p P

1

VI + УГ/QD ГсГ 9т/

Из этих уравнений следует, что частицы, взвешенные в потоке, тем точнее следуют за пульсациями скорости газа, чем меньше их радиус и плотность, чем больше вязкость газа и ниже частота пульсаций.

Для более крупных частиц линейная связь сопротивления среды нарушается. Однако физический механизм процесса коагуляции ча стиц в акустическом поле сохраняется.

Частицы полидисперсного состава по разному реагируют на воздействие пульсирующего потока газа. Так, частицы малого радиуса за один период пульсаций успевают пройти значительное расстояние вместе с движущимся газом, а крупные частицы почти не изменяют своей скорости.

Если бы удалось достичь большой амплитуды пульсаций потока, то для эффективной работы устройства частота акустического генератора могла бы быть достаточно большой. Поскольку предполагаемые для п ылеосаждения генераторы работают на отходящих газах, движущихся с малыми скоростями, мощность пульсаций потока газа ограничена, и для коагуляции частиц пыли размером 50-500 мкм необходимы частота акустических генераторов f 2-50 Гц. Использование эффекта биений, вызванных пульсациями одинаковой амплитуды с близкими частотами, позволяет достичь дополнительного эффекта за счет периодического удвоения амплитуды пульсаций скорости в потоке, несмотря на то. что суммарная э-нергия пульсаций остается неизменной. Несущая частота результирующей пульсации равна средней от обеих частот. Эта частота подбирается равной f

д

-др(2т+1), т 0,1,2,... В этом случае в печи

возникает стоячая волна, переносящая энергию излучения генератора с максимальным КПД.

В то же время, несмотря на значительную эффективность газоочистки при инф- развуковых частотах ..,7 Гц, работа в диапазоне частот ниже f 8 Гц не целесообразна по соображениям техники безопасности. Технические трудногсти создания генераторов частотой f 2-7 Гц на отходящих газах разрешимы. Однако эти частоты оказывают разрушительное воздействие на

здания и окружающие объекты и, что особенно недопустимо, оказывают угнетающее действие на людей. Поэтому в предлагаемом способе очистки выходящих газов нижней частотой акустических волн принята f

8 Гц.

Заявителю неизвестны другие технические решения, которые содержали бы признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого изобретения. Отличительные признаки являются существенными, т.к. в совокупности с известными признаками они проявляют новые свойства: значительно повышается качество очистки от пыли газов, выходящих из цементной печи.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показан продольный разрез устройства, реализующего заявляемый способ очистки газов от пыли; на фиг.2схема поперечного разреза патрубка устройства; на фиг.З - устройство перемещения днища резонаторов.

Устройство содержит патрубок, охватывающий выпускное отверстие вращающейся печи 1 для обжига цемента. В патрубке выполнен поперечный разрез. Часть патрубка, связанная с печью 1. в области разреза выполнена в виде плоского щелевого сопла 2. Противоположная по разрезу часть

патрубка выполнена в виде плоского щелевого диффузора 3. Поперечное сечение входного среза диффузора 3 в области разреза равно поперечному сечению выходного среза щелевого сопла 2. В продольной

плоскости симметри, общей для плоского щелевого сопла 2 и плоского щелевого диффузора 3. параллельно- широким кромкам разреза во всю их ширину установлена общая разделительная пластина 4. Разделительная пластина 4 образует в плоском щелевом сопле 2 и плсоком щелевом диффузоре 3 два взаимно герметично изолированных плоских щелевых канала а и Ь. При этом поперечный разрез распадается на две не

связанных между собой щели end. Каждая щель end охвачена снаружи не равными по объему резонаторами 5 и 6. Внутренние полости резонаторов 5 и 6 через щели end сообщаются соответственно с плоскими щелевыми каналами а и Ь. Торцевые кромки е

плоского щелевого сопла 2 и плоского щелевого диффузора 3 выполнены заостренными под углом 10... 15° к образующей внутренней поверхности. Расстояния dh и дг между

кромками разреза патрубка - ширина соответственно щелей end- пропорциональны корню квадратному из объема соответствующих резонаторов 5 и 6. Донные стенки 7 и 8 резонаторов 5 и б могут быть установлены с возможностью перемещения вдоль боковых стенок резонаторов 5 и 6. В боковых стенках выполнены фиксирующие пазы 9. Донные стенки 7 и 8 выполнены в виде двух крышек- верхней 10 и нижней 11. К нижней крышке 11 прикреплен стягивающий винт 12, соединенный с верхней крышкой 10 с помощью резьбового соединения. Между верхней 10 и нижней 11 крышками размещена кольцевая прокладка 13. На верхней крышке 10 размещены стопорные болты 14. На стягивающем винте 12 установлена контргайка 15.

Очистку от пыли газов, выходящих из печи, в соответствии с заявляемым спосо- бом осуществляют путем озвучивания газового потока одновременно двумя акустическими источниками. При этом акустические колебания распространяют вниз по потоку и через диффузор 3 в отводящую систему и вверх по потоку в объем печи 1. Значения частот колебаний акустических генераторов fi и f2 выбирают такими, что в объеме печи 1 устанавливают стоячие волны. Кроме того, соотношения частот fi и f2 подбирают таким, чтобы разность частот Д f составляла Af(0,025-0,1)...(fi+f2).

Тем самым осуществляют озвучивание газового потока в объеме печи 1 и за срезом выходного отверстия печи 1. Частицы пыли коагулируют и оседают на стенки печи 1 и днища 7 и 8 резонаторов 5 и 6. Возбуждаемые в объеме печи 1 и в газовом потоке биения акустических колебаний способствуют интенсификации процесса коагуля- ции, в том числе мелких частиц пыли,

Устройство для очистки выходящих из печи газов работает следующим образом. Заполненный частицами пыли поток газа из печи 1 по патрубку направляется в два пло-

торцевыми кромками входного среза плоского щелевого диффузора 3. Часть газового потока направляется в плоские щелевые каналы а и b плоского щелевого диффузора 3, а часть - через щели с и d в резонаторы 5 и б, образующие акустические генераторы типа свистка Гавро. Частоты акустических генераторов fi и fa определяются объемом резонаторов 5 и 6, скоростью звука и площадью сечения щелей end:

.2,

ftVJrV,

где а - скорость звука, д - расстояние между кромками разреза патрубка, Н - ширина широких кромок разреза, Vi - объем резонаторов 5 и б.

Регулировка частоты колебаний fi и h осуществляется изменением объема резонаторов 5 и 6 путем перемещения донных стенок 7 и 8 вдоль боковых стенок резонаторов 5 и 6.

Подстройка объема резонатора производится вручную. Отпускается дискретно контргайка 15 и стопорные болты 14. Выкручивается стягивающий винт 12, верхняя 10 и нижняя 11 крышки расходятся. Прокладка 13 возвращается в недеформированное состояние. Верхняя крышка 10 перемещается до следующих фиксирующих пазов 9. Стопорные болты 14 фиксируют положение верхней крышки 10 в новом положении. Стягивающий винт 12 сжимает прокладку 13, поджимая нижнюю крышку 11 к верхней крышке 10. Положение стягивающего винта 12 фиксируется контргайкой 15.

Экспериментальным путем на модельной установке было проведено исследование осаждения пыли акустическим полем в диапазоне 10-60 Гц.

Установка представляла собой цилиндрический канал диаметром 0,5 м и длиной 7 м, по которому вентилятором (ЦУ-70-25) прогонялся запыленный воздух с начальным распределением цементной пыли по фракциям:

Использование: очистка газов от пыли, выходящих из цементной печи. Сущность изобретения: в способе очистки выходящих из печи газов, включающем озвучивание газового потока одновременно двумя акустическими источниками колебаний, озвучивание производят акустическими колебаниями, разность частот которых удерживают равной Af(0,025-0,1) (fi + fz) Гц. Значения частот fi и f2 устанавливают в интервале 8...50 Гц. Внутри печи формируют стоячие волны. Частоту стоячих волн связывают с длиной печи соотношением f TJ-X x(2m+1), где а - скорость звука, L - длина внутренней полости печи, m 0 1.2.... В устройстве для очистки выходящих из печи газов, содержащем камеру акустической коагуляции, соединенную с печью патрубком, и акустический генератор, в патрубке выполнен поперечный разрез, охваченный снаружи двумя взаимно отличными по объему резонаторами. Часть патрубка, связанная с печью, в области разреза выполнена в виде плоского щелевого сопла. Противоположная по разрезу часть патрубка выполнена в виде плоского щелевого диффузора. Поперечное сечение входного среза диффузора равно поперечному сечению выходного среза плоского щелевого сопла. В продольной плоскости симметрии, общей для плоского щелевого сопла и плоского щелевого диффузора, параллельно широким кромкам разреза во всю их ширину установлена общая разделительная пластина, образующая два взаимно герметично изолированных плоских щелевых канала. Каждый канал через разрез в патрубке сообщен с внутренней полостью соответствующего резонатора. Торцевые кромки плоского щелевого сопла и плоского щелевого диффузора выполнены заостренными. Расстояния дч и 62 между кромками разреза патрубка пропорциональны корню квадратному из объема соответствующего резонатора. Донные стенки резонаторов установлены с возможностью перемещения вдоль боковых стенок резонаторов, 2 ил., 2 табл. (Л с VJ о ю ю о

ских щелевых канала а и b щелевого сопла 2, в которых газ ускоряется. С выходного среза плоского щелевого сопла 2 истекают два взаимно изолированных газовых потока. Эти потоки взаимодействуют с острыми

и с начальным содержанием 50 мг/м .

В канале акустическим генератором создавалось акустическое поле с одной дискретной частотой, а также двумя акустическими генераторами на близких частотах. На выходе из канала проводился отбор проб на запыленность. Усредненная скорость газового потока была VCp 25 м/с. Результаты анализа представлены в табл.1-3.

Таким образом, применение заявляемого способа очистки выходящих из печи газов и устройства для его позволяет в 2-3 раза снизить содержание пыли в отходящих газах, при этом используется энергия отходящих газов.

Формула изобретения

{2m+1), где а - скорость звука; L - длина

внутренней полости печи; m 0,1,2,... - номер гармоники стоячих волн.

Примечание, безопасности.

Частоты ниже f 10 Гц не исследовались по соображениям техники

и акустический генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения качества очистки путем интенсификации коагуляции частиц, в патрубке выполнен поперечный разрез, охваченный снаружи двумя разными по объему резонаторами, при этом часть патрубка, соединенная с печью, в области разреза выполнена в виде плоского щелевого сопла, а противоположная по разрезу часть патрубка

выполнена в виде плоского щелевого диффузора, площадь поперечного сечения входного среза диффузора равна площади поперечного сечения выходного среза плоского щелевого сопла, в продольной плоскости симметрии, общей для плоского щелевого сопла и плоского щелевого диффузора, параллельно широким кромкам разреза во всю их ширину установлена общая разделительная пластина, образующая два взаимно герметично

изолированных плоских щелевых канала, сообщенных через разрез в патрубке с внутренней полостью соответствующего резонатора, торцевые кромки плоского щелевого сопла и плоского щелевого диффузора выполнены заостренными, при этом расстояния между кромками разреза патрубка пропорциональны корню квадратному из объема соответствующего резонатора.

35

Т а б л и ц а 1

Примечание.

Частота излучения 1-го генератора f. 0 Гц

Фиг 1