Устройство для очистки газа Советский патент 1992 года по МПК B01D47/10 

Фиг.1

Изобретение относится к газоочистным системам и может быть использовано при мокрой очистке газа.

Известна установка для очистки воздуха от механических примесей, содержащая паровоздушный эжектор, центробежный пылеуловитель, патрубки для подвода и отвода газа и трубопроводы для подачи и слива воды.

При работе установки вода попадается а паровоздушный эжектор, где за счет высокой скорости газа вода дробится на мелкие капли, в результате чего увеличивается поверхность контакта газа с жидкостью, меха- нические примеси, столкнувшись с капельками воды, укрупняются и в центробежном пылеуловителе за счет циклонного эффекта крупные частицы с водой осаждаются и удаляются из установки.

Условием эффективной очистки газа в известной установке является поддержание постоянного высокого гидравлического сопротивления в паровоздушном эжекторе. Однако довольно частые колебания расхода газа, которые имеют место на практике приводят к колебаниям перепада давления в эжекторе, при снижении которого очистка ухудшается. Скомпенсировать падение скорости газа увеличением плотности орошения при тонкой очистке газа полностью не удается. Скорость газа в центробежном пылеуловителе должна быть сравнительно велика (3.5..5 м/с), чтобы снизить брызгоунос (см. А.В.Вальдберг... с. 33). Поэтому гидравлическое, сопротивление пылеуловителя велико. Большие гидравлические сопротивления в последовательно установленных паровоздушном эжекторе и центробежном пылеуловителе требуют значительной мощности газонапорного аппарата или вентилятора, что снижает экономичность устройства. Уменьшение гидравлического сопротивления вследствие снижения скорости в газовом тракте устройства приводит к снижению эффективности очистки газа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является аппарат для очистки газов, содержащий вертикально установленную трубу Вентури, в полости которой размещен на опоре регулирующей орган-шар и установлены форсунки орошения.

В начале технологического процесса (малые расходы) запыленный газ поступает в трубу Вентури и проходит дроссельное место создавая определенный перепад давления. По достижении определенного пере- пада давления шар переходит во взвешенное состояние в потоке газа и начинается режим работы с саморегулированием перепада давления. При малых расходах регулирующий орган-шар находится на опоре с минимальным заданным зазором между его поверхностью и стенками диффузора.

При взвешенном состоянии шар турбулизи- рует поток газа и тем самым интенсифицирует массообмен между газом и капельками воды, подаваемыми в поток из форсунок орошения.

При этом за шаром образуется вихревая область, которая определяет гидравлическое сопротивление шара. Наличие в газовом тракте аппарата шара с присоединенным вихрем за ним и форсунок

обусловливает сравнительно большое гидравлическое сопротивление аппарата. Если через форсунки вода подается крупными каплями, то сравнительно мала поверхность контакта между газом и водой, следовательно, эффективность очистки газа невелика и, кроме того, большого расхода воды снижается экономичность аппарата. Если оборотная вода подается через отверстия форсунки малого диаметра, то поверхность

контакта газа с водой выше, а расход воды меньше. Однако, при этом оборотная вода должна быть очищена от взвеси, в противном случае отверстия форсунок могут забиться пылью. Это приводит к

необходимости дополнительных затрат энергии на циркуляцию и очистку оборотной воды. Кроме того, в аппарате с форсунками мелкого распыла велик унос мелких капель воды потоком газа. Все это снижает эффективность и Экономичность известного аппарата.

Целью изобретения является повышение эффективности и экономичности устройства для очистки газа.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для очистки газа, содержащем вертикально установленную трубу Вентури, в диффузорной полости которой размещен регулирующий шар, и снабженное системой

для подачи и слива воды, согласно изобретению, труба Вентури выполнена с проницаемой диффузорной частью, установлена в корпусе и образует совместно с корпусом водяную камеру, а диаметр шара больше

диаметра дроссельной части трубы Вентури. образующая которой может быть выполнена по закону:

г d vp/3 ch (р/3 ).

где р arch 0,5 (р/3)15

Р- (D/d)3-1 . (D/d)-sin20

(D

в - угол наклона радиуса-вектора г к продольной оси трубы Вентури;

D - диаметр трубы Вентури (выходного сечения);

d - диаметр регулирующего шара.5

Такое выполнение устройства позволяет исключить применение оросителей. Про- ницаемая диффузорная часть трубы Вентури выполняет функции трубы-распы- пителя. Вода подсасывается из водяной ка- 10 меры через отверстия по периферии дроссельной части трубы Вентури вблизи ее горловины (дроссельной части). За счет высокой скорости газа вода дробится на мелкие капли, в результате чего увеличивается 15 поверхность контакта газа с жидкостью.

В рабочем состоянии устройства шар выполняет функции турбулизатора и капле- уловителя, а гидравлическое сопротивление собственно шара практически отсутствует. 20 При известных условиях (см. а.с. СССР № 924513 М кл. G 01 F 1/10), а именно d0/D 0,1..0,6; d/D 0.34..0.6 (где D - диаметр трубы Вентури, do - диаметр горловины дроссельной части трубы Вентури, d - диа- 25 метр регулирующего шара), шар при работе устройства находится в состоянии левитации. При этом шар хаотически колеблется и вращается, а вихревая зона за ним вследствие струйного обтекания отсутствует (см. 30 Марченко А.В. Эффект левитации тел вращения в стесненном потоке теплоносителя. Теплоэнергетика, 1977, № 3, с. 51-54). Отсутствие вихревой зоны обусловливает пре- небрежимо малое гидравлическое 35 сопротивление собственно шара. Колебания и вращение шара способствуют турбу- лизации газового потока и, следовательно, интенсификации процесса массообмена.

В качестве каплеуловителя шар работа- 40 ет следующим образом. Поскольку плотность капель воды больше плотности газа, мелкие капли воды попадают на поверхность шара и захватываются шаром (см. Р.Скорер. Аэродинамика окружающей ере- 45 ды. М., Мир, 1980 г.. с. 75, рис. 2.9.1). На поверхности шара капли укрупняются за счет захвата новых капель, и большие капли, вследствие циклонного эффекта, возникающего благодаря вращению шара при 50 левитации, срываются и отбрасываются на периферию устройства к проницаемой стенке диффузорной части трубы Вентури. Прой- дя через проницаемую стенку, капли воды с, частицами пыли и вредными веществами 55 попадают в водяную камеру, где под действием силы тяжести оседают.

В техническом решении обеспечивается самопроизвольная циркуляция воды в рабочей части аппарата за счет действия

эфекционных и гравитационных сил, без дополнительных затрат мощности ьа циркуляцию воды.

Гидравлическое сопротивление устройства может быть снижено более, чем в два раза за счет профилирования образующей трубы Вентури по закону (1).

Соотношение (1) получено из известного выражения для функции тока при безвихревом омывании тел вращения (см, Л.ГЛойцянский, Механика жидкости и газа. М.. 1987, с. 289):

0,5 Woo 1 - (| f sin2 в (2)

с учетом новых условий однозначности, а именно детерминант кубического уравнения (2) Т -д - ( р/3 )3 принят положительным, т.к. только в этом случае обеспечиваются условия левитации шара, и при 0 90° радиус-вектор г составляет половину диаметра трубы Вентури (г D/2), что обеспечивает возможность последовательной установки друг над другом таких устройств, вследствие зеркальной симметрии конфузорной и диффузорной частей трубы Вентури.

Таким образом, техническое решение в отличие от прототипа позволяет интенсифицировать массообмен, снизить каплеунос, гидравлическое сопротивление и удельный расход жидкости за счет совместного использования эффектов эжекции жидкости, левитации шара, захвата капелек жидкости шаром и циклонного эффекта, что позволяет получить новое сверхсуммарное свойство: повысить эффективность очистки газа при снижении гидравлического сопротивления в газовом тракте устройства.

На фиг.1 показан продольный разрез устройства для очистки газа; на фиг.2 -тоже с профилированной по закону (1) трубкой Вентури.

В цилиндрическом вертикальном корпусе 1 со штуцером (системой) 2 для подачи и слива воды установлена труба Вентури 3, образующая совместно с корпусом 1 кольцевую водяную камеру 4. В проницаемом диффузоре 5 трубы Вентури 3 размещен регулирующий шар 6, диметр которого больше диаметра горловины трубы Врнтури 3.

При работе газ подается в трубу Вентури 3, ускоряется в ее конфузорной части, подсасывает воду по периферии дроссельной части трубы Вентури 2 вблизи ее горло- вины 7, обеспечивает левитацию регулирующего шара 5, вг имодействует с раздробленными капепьками воды, очищается от вредных веществ и удаляется из устройства. При уменьшении расхода регулирующий шар б уменьшает проходное сечение, поддерживая постоянной максимальную скорость газа вблизи горло- вины 7 трубы Вентури 3. За счет высокой скорости газа эжектируемая из водяной камеры 4 вода дробится на мелкие капли, которые захватываются регулирующим шаром 6 и отбрасываются на периферию дроссельной части трубы Вентури 3, где че- раз проницаемую стенку 8 попадают обратно в водяную камеру 4. Требуемый уровень воды регулируется штуцером 2 для подачи и слива воды.

Технико-экономический эффект изобретения заключается в том, что

-снижается каплеунос из устройства;

-повышается интенсивность массооб- мена;

-обеспечивается самопроизвольная циркуляция воды, снижается ее удельный расход;

-уменьшается гидравлическое сопро- тивление в газовом тракте устройства.

Формула изобретения Устройство для очистки газа, содержащее вертикально установленную трубу Вентури, регулирующий шар, размещенный в диффузоре трубы и выполненный с диаметром большим диаметра горловины трубы Вентури, систему подачи воды, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности устройства, труба Вентури ограничена корпусом с образованием наружной водяной камеры, снабженной системой слива и воды и подключенной к системе подачи воды, при этом диффузор трубы Вентури имеет проницаемую стенку, а образующая ее выполнена по закону

г б р/3 ch (p/3 ) где р ,5(р/3)15 Р- P/d)3-1

( D/d ) sin 2 в

О- угол наклона радиус-вектора г к продольной оси трубы Вентури;

D - выходной диаметр трубы Вентури: d - диаметр регулирующего шара.

Использование: мокрая очистка газа. Сущность изобретения: с целью повышения эффективности и экономичности устройства для очистки газа в его цилиндрическом вертикальном корпусе 1 со штуцером 2 для подачи и слива воды установлена труба Вентури 3, образующая совместно с корпусом 1 кольцевую водяную камеру 4. В проницаемо диффузорной части трубы Вентури 3 размещен регулирующий шар 6, диаметр которого больше диаметра горловины трубы Вентури 3. 2 ил.