Труба Вентури Советский патент 1992 года по МПК B01D47/10 

Изобретение относится к энергетике, метаппургии и может быть использовано в системах очистки запыленных газов, содержащих взвешенные частицы и вредные газообразные компоненты.

Повышение эффективности очистки газов в аппаратах мокрого пылеулавливания способствует решению одного из важных вопросов охраны окружающей среды - защите воздушного бассейна от загрязнений тонкодисперсными пылями, летучей золой и окислами серы.

Наиболее близким решением по технической сущности к данному изобретению является труба Вентури, содержащая цилиндрическую камеру закручивания с заглу- шенным торцом и тангенциальным подводящим патрубком, конфузор, горловину и диффузор, а также расположенные в

конфузоре основной и дополнительный узлы орошения с форсунками.

Отсепарированная на стенки конфузор- ной камеры и конфузора жидкая фаза вовлекается потоком газа в спутное движение в горловину и диффузор, продолжая участвовать в процессах тепломассообмена.

Недостаток - невысокая эффективность работы устройства. Это обусловлено плохой турбулизацией жидкой фазы, стекающей относительно тонким слоем по обечайке и кон- фузору в горловину трубы Вентури. Вместе с сорбентом в спутное движение вовлекаются и отсепарированные на стенки камеры твердые частицы, зола. В результате ухудшаются коэффициенты массообмона газовой и жидкой фаз, суммарная поверхность их контакта, а жидкая фаза в условиях работы по замкнутому жидкостному циклу,

ч

vj

00 О О

ю

требует дополнительных затрат на разделение твердых и жидких включений.

8 прототипе невозможно применить различные сорбенты, используемые, например, в случае комплексной очистки дымовых газов от твердых и газообразных включений. В этом случае жидкие фазы полностью смешиваются и ухудшают свойства друг друга (путем разбавления и загрязнения твердыми частицами). В результате возникают дополнительные затраты на отделение твердой фазы от жидкой, на восполнение свойств сорбента (ухудшившихся за счет его разбавления, взаимодействия с твердой фазой и др.). Это приводит к необходимости создавать системы концентрирования сорбентов, например, путем механической очистки и упаривания, ввода его дополнительного количества и т.п.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки газа.

Поставленная цель достигается тем, что в трубе Вентури, содержащей камеру закручивания, выполненную в виде цилиндрической обечайки с подключенным тангенциальным подводящим патрубком, конфузор, горловину, диффузор, а также основной и дополнительный узлы орошения с форсунками, закрепленными на заглушенном торце камеры закручивания, конфузор трубы Вентури выполнен в виде отдельных секций, угол между осью и образующей которых измеряется в диапазоне а 180°, где а - угол между осью и образующей первой от горловины секции, при этом секции соединены между собой кольцевыми желобами с выступами, размещенными на ближайшей к оси трубы кромке желоба, причем последняя секция конфузо- ра и обечайка камеры закручивания соединены через кольцевой желоб, а кольцевые желоба выполнены наклонными по ходу движения закрученного газового потока.

Секционирование конфузора дает возможность повысить степень очистки дымовых газов, применить различные сорбенты и разделить их, например, раздельно отводить воду, распиливаемую для очистки газов от твердых частиц, и раствор щелочи, используемый для очистки газа от сернистого ангидрида, отделять отводимые твердые частицы (продукты очистки, зола и др.) по фракциям: сначала более тяжелые, затем - менее тяжелые. Так, например, если углы $ 90°, то жидкая фаза с наиболее тяжелыми частицами, которая будет попадать на стенки камеры, будет уходить в последний по ходу секций кольцевой желоб конфузора, а с более легкими частицами будет разделяться по другим желобам и отводиться каждая отдельным потоком различной загрязненности. В этом случае наиболее загрязненная жидкая фаза из последнего

кольцевого желоба может отводиться для разделения фаз (например, путем отстоя), а из остальных - использоваться повторно. Если$ , то разделение будет происходить в зависимости от попадающей в секции

конфузора той или иной жидкой фазы.

Наличие кольцевых желобов позволяет образовать застойные зоны для жидкости и, таким образом, создает условия для осаждения из нее твердой фазы. В зависимости от

времени нахождения в желобе, а также скорости отвода отстоя будет происходить осаждение тех или иных фракций.

При движении газового потока внутри кольцевой камеры последний перемещается в двух направлениях - окружном и радиальном (к оси трубы Вентури), Скорость движения газового потока относительно стенок камеры и конфузора большая (30 и более м/с). Это позволяет использовать

энергию потока для дополнительного (помимо форсуночного) дробления жидких фаз путем создания и разрыва пленок, возникающих при переливе жидкости через кольцевые выступы. Максимальная интенсификация массообменных процессов между газовой фазой и жидкостью происходит в момент разрыва пленки, возникающей на срезе кольцевых выступов. Разорванная пленка жидкости образует мельчайшие капельки, которые подхватываются потоком газа и перемещаются им к горловине трубы Вентури. При этом улучшаются массооб- менные и тепломассообменные процессы не только за счет высокой относительной

скорости, но и за счет больших массообменных поверхностей образуемых мелкими каплями из разорвавшейся пленки жидкости.

Кроме того, за счет завихрений, возникающих непосредственно за выступом, создаются местные (дополнительные) зоны разрежения, т.е. условия для частичной конденсации влаги из потока, выпадения ее части с включениями наиболее мелких

твердых частиц. В целом это повышает эффективность процессов очистки газовой фазы от твердых включений.

Выполнение кольцевых желобов наклонными позволяет отвести отстой твердои фазы к патрубкам ее удаления из конфузорной камеры. А выполнение их наклонными по ходу движения газового потока позволяет использовать сепарационный эффект - находящаяся в кольцевом желобе

жидкость увлекается в спутное газовому потоку движение по желобу. Однако, из-за разной глубины желоба более глубокие слои будут двигаться медленнее, а верхние - быстрее, что и позволяет повысить эффективность освобождения кольцевых каналов от твердых включений.

Расширение области применения достигается за счет использования в трубе Вен- тури для очистки газового потока двух (и более) зон ввода жидких фаз. Это позволяет вести очистку дымовых газов от твердых включений; разделение жидкой фазы по степени загрязненности твердыми включениями; очистку дымовых газов дополнительно и от газообразных вредностей, например, за счет применения жидких фаз с различными абсорбционными свойствами.

В качестве примера конкретного исполнения трубы Вентури - основной узел орошения используется для подачи воды для очистки дымовых газов от твердых включений, а дополнительный - для очистки от газообразных вредностей,

За счет зонной организации орошения потока дымовых газов повышается эффективность их очистки, т.к. в первой зоне обработки они могут охлаждаться (с повышением влажности), очищаться от золы и от серного ангидрида (50з), а во второй зоне от других включений: SOa, N02 и др. В случае использования в жидкой фазе веществ, поглощающих упомянутые вредности, можно осуществить более глубокую очистку от них, одновременно снизить затраты на очистку от твердых включений.

На фиг.1 представлена схема трубы Вентури; на фиг.2 и 3 - результаты исследования работы устройства; на фиг.4 - аксонометрическая проекция устройства.

Труба Вентури с заглушенным торцом 1 содержит камеру закручивания, выполненную в виде цилиндрической обечайки 2 и подключенный к ней тангенциальный входной патрубок 3. В камере закручивания 2 расположены форсунки основной 4 и дополнительной 5 систем орошения. Цилиндрическая обечайка камеры закручивания 2 закреплена на секционированном конфузо- ре 6, который соединен через горловину 7 с диффузором 8. Секции конфузора 6, а также цилиндрическая обечайка камеры закручивания 2 и последняя секция конфузора 6, разделены между собой кольцевыми, наклонными по ходу движения закрученного газового потока желобами 9, имеющими выступы 10, которые разделяют кольцевые желоба 9 и секции конфузора 6. Кольцевые желоба 9 снабжены дренажами 11-15.

Труба Вентури работает следующим об- разом. Дымовые газы поступают по тангенциальному входному патрубку 3 в цилиндрическую обечайку 2 камеры закручивания, закручиваются, и, перемещаясь по спирали, образуют над горловиной 7 трубы Вентури цилиндрический вихрь, подпитываемый по наружной поверхности поступающими на очистку дымовыми газами. За

0 счет разрежения в горловине 7 и диффузоре 8 цилиндрический вихрь поступательно перемещается в горловину 7 и диффузор 8.

Газовый поток, поступающий в камеру закручивания 2, орошается водой, распы5 ливаемой форсунками основного узла орошения 4. При этом твердые частицы, перемещаемые дымовыми газами, взаимодействуют с каплями распыливаемой воды, коагулируют, сепарируются на стенки каме0 ры закручивания 2 и стекают в ее нижнюю часть.

Камера закручивания 2 соединена с конфузором б, через кольцевой желоб 9 с дренажной линией, поэтому наиболее за5 грязненная часть жидкости немедленно удаляется из камеры закручивания.

Радиальное перемещение газового потока способствует тому, что на последующих витках газовый поток, орошаясь

0 дополнительным количеством воды, подвергается более глубокой очистке, так как его абсолютная скорость возрастает. Одновременно, равнодействующая радиальной и окружной составляющих скорости потока

5 создает условия для получения мелкодисперсных капель воды, за счет разрыва пленки последней, образовавшейся при переливе через выступы, расположенные в местах соединения секции конфузора 6 и

0 кольцевых желобов 9.

Радиальной составляющей скорости нз достаточно для увлечения большого количества капель жидкости, распыливаемой форсункой в направлении оси трубы Вентури,

5 т.е. газовый поток, обработанный на определенном участке своего движения распыливаемой водой, за счет центробежных сил очистится и от капель воды, и от твердых частиц, в особенности прокоагулировавших

0 с капельками воды. В дальнейшем газовый поток орошается другой жидкостью, например, сорбентом, распиливаемым форсунками дополнительных узлов орошения 5. При этом, аналогично первому случаю, за счет

5 высоких окружных скоростей газового потока, часть сорбента будет отброшена на периферию, а часть - увлекается в горловину 7 и диффузор 8,

Отработавший сорбенг. который попадает в приосевую часть диффузора 8. собирается в кольцевых желобах 9, переливается через кольцевые выступы 10, дробится потоком на мелкие капли, которые продолжают участвовать вмассообменных процессах.

Часть сорбента может попасть в зону орошения потока водой. В результате смешения эта часть сорбента и вода будут отведены дренажом 13 для j специальной обработки,

Все кольцевые желоба 9 выполнены с наклоном так. что их донные части практически не подвергаются воздействию газового потока, что способствует отстою пульпы с последующим удалением ее более плотной части.

В случае сильного загрязнения газового потока, первоначальный отвод можно осуществлять по нескольким дренажам одновременно (11 и 12), Неотделенные от газового потока частицы золы и пыли (обычно диаметром менее 3 мкм), а также газовые включения (SOa) продолжают участвовать в массообменных процессах с жидкой фазой, поступая в горловину 7, а затем в диффузор 8. За счет большой разности скоростей газового потока и жидкости процессы очистки газового потока интенсифицируются.

В случае использования для очистки только одной жидкости, например, воды, эффективность трубы Вентури также повышается, Во-первых, орошение потока форсунками основного узла позволяет очистить газовый поток от ЗОз (северный ангидрид хорошо растворяется в воде) и, практически немедленно, нейтрализовать полученную серную кислоту за счет выщелачивания золы. Этот процесс реализуется и в том случае, если вода дополнительного узла орошения используется для основного питания, т.е. когда используется вода, содержащая кислую компоненту за счет растворения S02.

В обычных условиях в воде растворяется 10% SOa, содержащегося в дымовых газах. Однако, этим количеством поглощенного SOa возможности предложенной трубы Вентури не ограничиваются, так как в отличие от обычных процессов очистки, дымовые газы, поступающие на орошение в зону действия форсунок дополнительного узла, уже очищены от ЗОз основного компонента, за счет которого резко понижается рН воды (до 2-3). Другими словами, в предложенной трубе Вентури поток дымовых газов очищается в зоне орошения от 50з. Вводом свежей воды в поток через форсунки дополнительного узла создаются условия для более глубокой очистки менее растворимого, но имеющего большее парциальное давление сернистого ангидрида в среде, не загрязненной отведенной в первой зоне серной кислотой.

Растворение сернистого ангидрида водои также приводит к понижению ее рН за счет загрязнения образовавшейся сернистой кислотой, но это не является препятствием для ее повторного использования для орошения через форсунки основного узла.

0 Напротив, повторное использование отработавшей воды дополнительного узла не понижает ее свойств по растворению 50з, но позволяет более эффективно использовать для нейтрализации щелочные свойства зо5 лы, т.е., не пременяя специальные реагенты, в целом повысить степень комплексной очистки дымовых газов.

Следует также подчеркнуть, что, согласно проведенным расчетам, эффективность

0 очистки дымовых газов от твердых частиц только в конфузорной части предложенной трубы Вентури выше степени очистки е обычной (прямоточной) трубе Вентури (см.фиг.2).

5 На графике фиг.З представлены результаты расчетов эффективности пылеулавливания в трубе Вентури, установленной на Серовской ГРЭС. Расчетные исследования выполнены на трехмерной математической

0 модели на ЕС 1035 при различном распыле воды , 100,200, 300, 600, 1000 мкм, для запыленности 30 г/нм3 и среднего диаметра частиц мкм. Как видно из графика, эффективность пылеулавливания в трубе

5 Вентури Серовской ГРЭС при 200 мкм составляет величину порядка 60%. Именно такие капли образуются в реальной трубе Вентури, для которой экспериментально установлено, что величина эффек0 тивности пылеулавливания равна 64%.

Такое совпадение подтверждает, во- первых, адекватность математической модели реальным процессам очистки газов от пыли, во-вторых, позволяет провести кор5 ректные сопоставления эффективности очистки в обычной и предложенной трубах Вентури.

Для сравнения выбраны одинаковые производительность труб Вентури по газу,

0 плотность орошения водой, запыленность .газового потока, температура газа и воды, теплофизические параметры газа и пыли.

Согласно полученным результатам, эффективность очистки в предложенной трубе

5 Вентури выше. Кроме того. т.к. расчеты проведены только для конфузорной части трубы, а интенсивные процессы очистки осуществляются и в горловине, и в диффузоре предложенной трубы, то в целом ее эффективность еще выше

Таким образом, предложенная труба Вентури обладает следующими преимуществами: повышенной эффективностью очистки дымовых газов от зоны (за счет большой турбулизации газового потока, высокой степени диспергирования жидкой фазы); повышенной эффективностью очистки дымовых газов от окислов серы водой (за счет раздельного поглощения различных окислов серы - сначала серного ангидрида, затем сернистого в пределах его поглощения водой. При этом воду используют в обратной последовательности - сначала для поглощения сернистого ангидрида, а затем - серного); возможностью разделения жидкой фазы по степени загрязненности твердыми продуктами очистки, и на этой основе многократного использования орошающей воды, более полного использования щелочных компонентов золы для нейтрализации кислотной составляющей воды; возможностью использования различных жидкостей в одной трубе Вентури (например, оборотной воды гидрозолоудаления для золы и регенеСорбент

:

Вода

рируемого раствора сорбента для окислов).

Формула изобретения 1. Труба Вентури по авт.св. № 1512646,

отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности очистки газа, конфузор трубы Вентури выполнен в виде отдельных секций, угол между осью и обра- зующейД которых изменяется в диапазоне а /( 180°, где а- угол между осью и образующей первой от горловины секции, при этом секции соединены между собой кольцевыми желобами с выступами, размещен- ными на ближайшей к оси трубы кромке желоба.

2.Труба по п.1,отличающаяся тем, что последняя секция конфузора и обечайка камеры закручивания соединены через

кольцевой желоб.

3.Труба по п.1,отличающаяся тем, что кольцевые желоба выполнены наклонными по ходу движения закрученного газового потока.

ю

фиг.1

JO

Фиг. 2

Изобретение относится к энергетике, металлургии и может быть использовано в системах очистки запыленных газов, содержащих взвешенные частицы и вредные газообразные компоненты. Целью изобретения является повышение эффективности очистки газа. Цель изобретения достигается тем, что в трубе Вентури, содержащей камеру закручивания 2, выполненную в виде цилиндрической обечайки с подключенным тангенциальным подводящим патрубком, конфузор 6, горловину 7, диффузор 8, а также основной 4 и дополнительный 5 узлы орошения с форсунками, закрепленными на заглушенном торце камеры закручивания, конфузор выполнен секционным. Углы раскрытия секций лежат в диапазоне a. J5 180°, где а -угол раскрытия первой секции, при этом секции разделены между собой кольцевыми желобами 9. Копьцевые желоба и секции конфузора со стороны закрученного потока разделены выступамч 10. Последняя секция конфузора и обечайка камеры закручивания соединены через кольцевой желоб. Кольцевые желоЬа выполнены наклонными по ходу закрученного газового потока. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. сл с

йк ЮОнлн X

й 200нкм

Cfff SOfWft

2Z

Bofa

CopSe

Фаг 4

йода.

(&