Устройство для очистки газа от примесей Советский патент 1993 года по МПК B01D47/02 

Изобретение относится к способу очистки газов от твердых, жидких и/или газообразных примесей и назначается прежде всего как пассивная система защиты, рассчитанная на срабатывание в случае аварии или нарушения какого-то технологического процесса, к примеру, на атомных электростанциях, химических предприятиях или других промышленных объектах, деятельность которых может приводить к выбросу газообразных примесей или побочных продуктов, опасных для здоровья людей. Но в то же время изобретение в полной мере применимо для нормальных условиях эксплуатации и производства, например, при работе различных энергетических и технологических установок.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки газа.

На фиг. 1 приведен схематизированный вертикальный разрез газоочистного аппарата, выполненного в соответствии с данным изобретением; на фиг. 2 - вид в плане одного из сегментов распределителя, в конструкцию которого входят сопловые насадки типа трубок Вентури или расходомерных сопел; этот распределитель входит в конструкцию газоочистного аппарата - барботе- ра, представленного на фиг, 1; на фиг. 3 - вид сбоку распределительного сегмента, показанного на фиг. 2; на фиг. 4 - местный вид, иллюстрирующий модифицированный вариант конструктивного исполнения распределительного сегмента, приведенного на фиг. 2 и 3; на фиг. 5 - местный продольный разрез - схема двух взаимосопряжен- ных сопел, входные отверстия которых, расположены, как очевидно, с перепадом по глубине; на фиг.б -фасонированная канальная часть соплового средства типа трубки Вентури, входящего в конструкцию рассматриваемого барботера; на фиг. 7 - эпюры распределения давлений в сопле, окруженном жидкостью; на фиг. 8 - модифицированный вариант исполнения диффузионного средства (насадка), размещаемого спереди или на входе по потоку сопла.

Вышерассмотренные чертежно-графи- ческие материалы иллюстрируют предельно схематизированно газоочистное оборудование, представляющее данное изобретение. Как показано на фиг. 1, такое оборудование выполнено в виде резервуар- ного аппарата-предлочтительно резервуара 1 повышенного давления, имеющего ограничивающую боковую стенку 2, донную стенку 3 и свод или крышку 4, оборудованную впускным патрубком 5. Внутри резервуара смонтировано барботажное распределительное средство 6, предназначенное для распределенного выпуска очищаемого газа в объем рассматриваемого резервуара. Сверху этот резервуар оснащен выпускным патрубком 7 для отбора очищенногогаза. Распределительное средство разделено на несколько рабочих секций (в данном варианте использовано шесть секций), включающих в себя подводящие распределительные трубы 8, отходящие

радиально и горизонтально от входного (впускного) трубного стояка. Трубы 8 соединены с отходящими вниз соединительными трубными секциями 9, каждая из которых имеет два отходящих вниз и распределительных или боковых наклонных участка 10. В свою очередь, боковые наклонные участки 10 имеют на свободных концах вертикально отходящую вниз трубную секцию 11 со сквозным концевым отверстием 12. Через

эти отверстия свободно может стекать конденсат, образующийся при работе барботера. Кроме того через отверстия 12 в распределительное средство 6 при уменьшении расхода поступающего на очистку га

за может входить очистная или промывная

жидкость. На распределительных наклонных участках 10с практически одинаковым шагом смонтировано множество вертикально отходящих канальных секций-выходных

0 сопел 13 в виде трубок Вентури, имеющих входные отверстия 14, обращенные к распределительным наклонным участкам 10. Каждое такое сопло 13 стояк имеет в нижней части боковые всасывающие каналы 15 для

5 приема очистной жидкости, а в верхней части - выходные отверстия 1 б для выпуска обрабатываемого газа. Более подробно устройство таких сопловых секций будет рассмотрено ниже.

0 Как следует из рассмотрения фиг. 1, распределительное средство 6 функционирует в состоянии погружения в ванну или массив очмстной жидкости, находясь на определенной глубине под ее свободной поверхно5 стью. Большинство выходных отверстий 16 выходных сопел 13 желательно расположить на одном и том же уровне и предпочтительно на удалении от поверхности очистной жидкости, составляющем не ме0 нее 0,5 м, к примеру, порядка 2 м. В опреде- ленных случаях может оказаться целесообразным размещение выпускных отверстий 16 над поверхностью еанны очистной жидкости. В частности, возможно раз5 мещение выпускных отверстий вблизи свода 4 резервуара 1 и размещение выпускного патрубка 7 рядом с поверхностью жидкости. Входные отверстия 14. использующиеся для впуска поступающего наочистку газз всоотвогствующие сопла 13,

располагаются приблизительно на Т м или более ниже выпускных отверстий 16 или под поверхностью жидкости в том случае, когда концы сопел 13 выступают над указанной поверхностью. Благодаря такому перепаду по высоте с высокой надежностью в каждом сопле срезу же при входе газа в расположенное снизу впускное отверстие 14 реализуется эффективная очистка. Примеси и вредные включения экстрагируются из газа при прохождении через сопло 1.3 при помощи жидкости, засасываемой через каналы 15 и захватываемой в виде капель струей газа. В свою очередь, эти капли по мере насыщения удаляемыми из газа примесями и инородными включениями экстрагируются из него частично в виде пленки жидкости, осаждающейся на внутренней поверхности выпускных труб сопел 13, а частично - в процессе прохождения между выпускными отверстиями 16 и свободной поверхностью массива жидкости.. При действии механизма экстракции жидкости в виде капель из газа в процессе его прохождения через ванну для обеспечения удовлетворительной се- парации примесей необходим незначительный уровневый перепад высот. Дальнейшая экстракция или сепарация может происходить над поверхностью жидкости и/или в последующем сепараторе (не показан), рассматриваемом ниже.

Для обеспечения плавного пускового режима на начальной стадии работы рассматриваемого газоочистного оборудования без проявления перегрузок каждый распределительный сегмент (блок) оснащен двумя высоко расположенными укороченными боковыми трубами 17 с соплами 18, которые располагаются выше по уровню и выступают за другие сопла. Но в то же время, направленные вниз трубные секции 19, боковых труб доходят внизу до того же уровня, что и остальные трубные секции 11. Кроме того, распределитель сконструирован так, что отверстия 14 сопел 13 располагаются на постепенно увеличивающихся по глубине уровнях, в результате чего число активных сепараторов непрерывно возрастает по мере нарастания объема поступающего газа. Над свободной поверхностью жидкости находится заполняемый газом объем, который сообщается с выпускным патрубком 7. Размеры газонаполняемой камеры выбраны с учетом увеличения объема жидкости в результате образования в ней пузырьков при прохождении очищаемого газа и с учетом поступления конденсата, образующегося при нагреве и влагонасы- щении газа. Выпускной патрубок 7 сообщается с атмосферой через соответствующие

сепарационное средство, используемое для сепарации крупных и мелких капель очистной жидкости, остающихся в газе. Это сепараторное средство может иметь самую 5 разнообразную конструкцию, к примеру, циклонную или камерную конструкцию с гравийным или щебеночным заполнением. Кроме того, такое средство может состоять из нескольких ступеней сепараторов обыч0 ного типа.Устройство работает следующим образом.

При отсутствии нагрузки очистная жидкость-входит в распределитель через кана5 лы 15 и отверстия 16 сопел 13 и нижние отверстия 12, в результате чего внешняя поверхность этой жидкости в объеме аппарата и свободная поверхность внутрика- нального столба в распределительном

0 средстве 6 приходят к одному к тому же уровню. В результате аппарат становится гидрогерметизированным. В случае аварии или какого-то нарушения режима работы соответствующей обслуживаемой данным ап5 паратом установки, сопровождающихся выбросом газа, происходит увеличение давления, под действием которого поверхность внутриканального столба жидкости на входе в распределительное средство опускзет0 ся ниже пороговой кромки 20, соответствующего самому верхнему впускному отверстию или отверстиям 14 сопел 13. В результате этого газ проходит через указанные сопла. При прохождении газа мимо

5 поперечных отверстий или каналов 15 в него всасываются мелкодиспергированные капли очистной жидкости. Эти капли поглощают твердые, жидкие и газообразные примесй; На второй стадии сепарационного

0 процесса, реализуемой при прохождении газа между отверстиями 16 сопел. 13 и свободной поверхностью ванны очистной жидкости, происходит дальнейшая очистка газа за счет скрубернобарботажного действия,

5 при котором капли жидкости, насыщенные примесями, пылевыми частицами и газовыми включениями, поглощаются ванной очистной жидкости. Часть капель, насыщенных в определенной степени сепарируемыми

0 компонентами в вертикальном наконечнике 21. оседают в нем в виде пленки. Третья стадия очистки осуществляется в вышеупомянутом выходном сепараторном средстве (не показано).

5 Экстракция газовых примесей может быть резко усилена в случае применения очистной жидкости, имеющей реакционнос- пособный дегазирующий состав, интенсифицирующий химические реакции за счет взаимодействия с ионами, растворенными в

жидкости (т.н. химическое стимулирование). К примеру, экстракция газообразных кислотных компонентов может быть усилена за счет применения очистной (промывной) жидкости, в состав которой входят растворенные щелочные компоненты. Абсорбция газообразного йода может быть усилена за счет подмешивания в очистную жидкость тиосульфата натрия.

Рассматриваемый аппарат может иметь внутри самые различные рабочие секции разделенные радиальными перегородками. Такие перегородки 22 могут быть выполнены в виде радиальных стенок, к которым крепятся концы боковых наклонных участков 10. Такое решение способствует повышению жесткости конструкции. В свою очередь, такая радиальная перегородка 22 может быть полой и открытой снизу и в направлении распределительных наклонных участков 10. В этом случае ее открытый конец будет служить в качестве нижнего впускного отверстия 12 для приема очистной жидкости.

На фиг. 4 представлен видеоизменен- ный вариант изобретения, в котором распределительные или боковые наклонные участки 10 проходят непосредственно от главных раздаточных труб 8 при отсутствии промежуточных вертикальных соединительных трубных секций 9.

На фиг. 8 проиллюстрирован еще один вариант исполнения изобретения, в котором главные раздаточные трубы 8 расположены наклонно вниз, и при этом имеется набор отходящих вверх трубных стоя ков 23 с отходящими от них горизонтально распределительными трубами 24. Последние оснащены сопловыми канальными секциями 25 типа трубок Вентури. Сверху над выпускными отверстиями 16 сопловых секций 25 установлены диффузоры или рассеивающие экраны 26. В этом случае при выходе из сопла газ будет взаимодействовать с диффузором и дробиться на пузырьки относитель- но малого размера-это улучшает сепарацию примесей из газа в процессе его прохождения через ванну очистной жидкости. При работе такого модифицированного варианта очистного аппарата необходимо, чтобы поверхность внутриканальной жидкости в главных раздаточных трубах 8 находилась ниже пороговой кромки 20 нижнего отверстия 27 стояков 23, так чтобы обрабатываемый газ имея доступ к сквозному выходу через сопловые трубные секции 25. В этом случае одновременно начнут действовать все сопловые трубки трубного стояка. Трубные стояки 23 различных главных раздаточных труб 8 могут быть расположены с

взаимным смещением по уровню, так чтобы не все стояки в одном и том же трубном контуре (кольце) начинали действовать одновременно,

На фиг. 6 представлен предпочтительный вариант исполнения сопловой трубной секции для газоочистного аппарата, составляющего данное изобретение. Такая сопловая трубка Вентури включает в себя

0 впускную, входную часть 28, конусообразное дроссельное сужение (конфузор) 29, цилиндрическуюгорловину30, усеченно-коническую канальную часть 31, торцевую заглушку 32 и поперечные выпу5 скные отверстия 16, находящиеся несколько ниже указанной заглушки. Рассматриваемая трубная сопловая секция имеет на нижнем конце резьбовое соединение 33 для ее закрепления на вертикальной

0 соединительной трубе 34 на соответствующих наклонных участках 10. Между сужением 29 и горловиной 30 имеется кольцевая канавка 35 с острой кромкой со стороны горловины 30. В канавку 35 выходят всасы5 вающие (капиллярные) каналы 15. По этим отверстиям в канавку 35 поступает очистная жидкость, которая распределяется по кругу по всей длине канавки.

Канавка 35 образует продольные бурти0 ки высотой 2-4 мм, при этом ее кромка 36 со стороны сужения 29 имеет радиус, превышающий на 0,5-1 мм радиус кромки 36 канавки не пересекает кромку 37 последней. При прохождении газа через рассматривае5 мую сопловую трубку Вентури происходит засасывание очистной жидкости в канавку 35 и ее диспергирование на мелкие капли либо несколько выше по потоку, либо у острой кромки 37. Образующиеся таким обра0 зом капли захватывают содержащиеся в газе примеси; это происходит в процессе прохождения через горловину 30, усеченно- коническую часть 31 и верхнюю часть соплового канала. Таким образом, данная

5 конструкция представляет собой по существу самовсасывающий сопловой сепаратор. При работе рассматриваемого аппарата через всасывающие каналы 15 в сопла 13 должно проходить по меньшей мере 0,5 кг, а

0 предпочтительно 2-3 кг очистной жидкости, к примеру, воды, в расчете на кубический метр обрабатываемого газа. Соответственно, размеры всасывающих каналов 15 и ка- . навок 35 выбираются таким образом, чтобы

5 обеспечить потребное количество засасываемой жидкости при данном перепаде давления. В свою очередь, минимальный перепад давления в каждом сопле определяется разностью уровней между соответствующим нижним отверстием 14 и

выпускным отверстием 16 или же тем уровнем поверхности жидкости, который является самым нижним. 3 большинстве случаев для обеспечения удовлетворительной очистки газа необходим перепад давления в 1 метр водяного столба или более того. Предпочтительным является перепад в 1,5 м.

В рассматриваемом варианте сопла диаметр горловины 30 составляет 10 мм, диаметр верхней части наконечника 21 26 мм. Установлено, что для достижения высокой степени очистки диаметр горловины сопла не должен превосходить 30 мм, а длина горловины составляет 1-7 ее диаметра.

На фиг. 7 приведены зпюры, иллюстри- рующие зависимость давления от глубины в жидкости и в сопловой трубке. Прямолинейный график А соответствует гидростатическому давлению в жидкости, а ступенчатая кривая В - давлению в различных частях газового канала. Перепад давления в сужении 29 сопла определяется в основном величиной расхода газа через сопло. В свою очередь, количество засасываемой в сопло жидкости зависит от перепада давления в этом сопле за всасывающими каналами 15. Из графиков на фиг. 7 с/,едует, что перепад давления в газовом канале между распределительным отверстием 14 и всасывающими каналами 15 при необходимости всэсыаа- ния жидкости должен несколько превосходить перепад гидростатического давления в ней (высота hi), а также то, что перепад давления за всасывающими каналами 15 в газовом канале должен быть меньше соот- ветствующего перепада гидростатического давления в ванне жидкости (высота П2). В соответствии с этим, чем больше длина труб, тем больше жидкости будет поступать в данное сопло в расчете на единичный объ- ем газа, в то время как укорочение труб будет п ри водить к мен ьшему забору жидкости. Опыт показывает, что длина наконечни- ка 21 предпочтительно должна

превосходить аысоту расположения всасывающих каналов 15 над распределительным отверстием 14.

Формула изобретения

1.Устройство для очистки газа от примесей, содержащее резервуар, частично заполненный жидкостью, патрубки впуска и выпуска газа, соединенное с патрубком впуска газа распределительное средство, отличающееся т«м, что, с целью повышения эффективности очистки газа, распределительное средство имеет наклонные участки, сообщенные по жидкости с полостью резервуара, и выходные сопла, размещенные под уровнем жидкости по всей длине наклонных участков с присоединением к ним через входные отверстия и сообщенные с полостью резервуара посредством боковых всасывающих каналов.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, сопла имеют вид трубок Венту- ри, в горловине и/или в выводной части конфузора, в каждой из которых выполнена внутренняя кольцевая канавка с уменьшающимися по потоку газа диаметрами острых кромок, при этом боковые всасывающие каналы сопл подведены к кольцевой канавке.

3.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что каждое сопло Вентури выполнено с трубчатым вертикальным наконечником, оснащенным заглушкой в верхней части и выполненным с выходными отверстиями по боковой поверхности.

4. Устройство по п. 3, отличающее- с я тем, что, горловина каждого сопла Вентури имеет диаметр до 30 мм и длину, составляющую от 1 до 7 ее диаметров, а расстояние от впускного до выпускного отверстия сопла составляет 1-1,5 м.

П р и о р и е т по пунктам:

17.09.86-по п. 1;

06.07.87 - по пп. 2-4.

в

Использование: газоочистка. Сущность изобретения: газоочистное оборудование включает в себя резервуар (1), частично заполненный жидкостью, и газораспределительное средство (6), находящееся ниже Ј поверхности жидкости. Газораспределительное средство (6) состоит из расположенных с наклоном книзу распределительных участков (10) с обращенными вверх впускными отверстиями для приема очищаемого газа и нижним отверстием (12). Каждое из впускных отверстий переходит в сопло (13) типа трубки Вентури, имеющее выпускное отверстие и всасывающие каналы, направленные в жидкость. При работе такого аппарата постоянно поддерживается номинальное рабочее давление, при этом газораспределение осуществляется автоматически с помощью набора рабочих сопловых насадочных средств, впуск газа в которые обеспечивается за счет соответствующего изменения уровня (поднимания и опускания) внутриканальной поверхности жидкости. 3 з.п. ф-лы, 8 ил. (Л С 13 со ю ю 0 ел CJ со фцг.1

« Я

л

/Т/

юю-ю

Фиг.З

S to

sj.

I

S3 JT

Фиг. 6

11

го