УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ВОДЫ
WATER SPRAY DEVICE

Изобретение относится к средствам пылеподавления и может быть использовано для увлажнения газопылевых (и воздушно-пылевых) потоков при их очистке скрубберами.
Известно устройство для распыления воды, содержащее вертикальный патрубок и распыливающие элементы размещенные по высоте вертикального патрубка (см. RU №2253517 В05В 1/26,2004).
Недостаток этого технического решения - существенное поперечное сечение, предопределяемое концепцией решения, поскольку изобретение фактически является каскадной форсункой, распыление в которой осуществляется последовательным взаимодействием струй воды с распылительными шайбами, ориентированными поперек потока воды. Большие размеры поперечного сечения устройства исключают его эффективное использование в скрубберах, поскольку ухудшат аэродинамические параметры пристенного слоя газа, перемещающегося в полости скруббера
Известно также устройство для распыления воды, содержащее трубчатый корпус, снабженный средством подключения к источнику воды под давлением, по длине которого размещены водоструйные форсунки (cm.ru №2228501, F28C 1/00, 2002).
Недостаток этого технического решения - его конструкция не обеспечивает эффективную работу в составе скруббера (орошения очищаемых воздушных потоков), где требуется организация очищаемых спирально-нисходящих слоев газа, прилегающих к его внутренней цилиндрической поверхности, и ввод тангенциальных слоев, которым придана форма вертикально вытянутого прямоугольника, поскольку его трубчатый корпус ориентирован горизонтально, (при этом форсунки ориентированы под различными углами к продольной оси корпуса), что не позволяет создать сплошное облако распыленной воды, ориентированное заданным образом относительно выходного отверстия тангенциального канала подвода запыленного воздуха, оптимально с позиций воздействия на его аэродинамические характеристики и аэродинамические характеристики спирально-нисходящего потока очищаемого воздуха (организуемого в полости вертикального цилиндрического корпуса золоотделителя и прилегающего к его стенкам). Кроме того, известная конструкция в связи с неудовлетворительной обтекаемостью ухудшит ламинарность формируемых очищаемых спирально-нисходящих слоев газа и снизит кпд золоулавливания, кроме того, из-за высокой абразивности при высоких скоростях потока очищаемого воздуха ресурс работоспособности скруббера не может быть высоким.
Решаемая техническая задача - обеспечение эффективной работы устройства для распыления воды в составе скруббера.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении стабильно высокого качества очистки дымовых газов на всех возможных режимах работы котельной установки, обеспечении кпд очистки на уровне 99,0-99,5% на номинальной нагрузке в эксплуатации с незначительным снижением при изменении нагрузки. Низкий расход воды на орошение (впрыск) порядка в 1,6-2,0 раза ниже по сравнению с известными устройствами сходного назначения и равной производительности. Кроме того, исключается нарушение ламинарности формируемых очищаемых спирально-нисходящих слоев газа. Кроме того, в условиях высокой абразивности, при высоких скоростях потока очищаемого воздуха ресурс работоспособности скруббера будет высоким.
Для решения поставленной задачи устройство для распыления воды, содержащее трубчатый корпус, снабженный средством подключения к источнику воды под давлением, по длине которого размещены центробежные форсунки, отличается тем, что трубчатый корпус размещен вертикально в полости цилиндрического корпуса скруббера, вдоль кромки прямоугольного, предпочтительно, вытянутого по вертикали, выходного отверстия тангенциального канала подвода запыленного воздуха, при этом использованы центробежные форсунки, продольные оси сопел которых ориентированы горизонтально и принадлежат одной плоскости, при этом форсунки распределены по длине трубчатого корпуса на одинаковых расстояниях друг от друга, с возможностью взаимного перекрытия верхних и нижних зон формируемых ими факелов распыла воды, причем трубчатый корпус с форсунками размещен в полости защитного цилиндрического кожуха, в стенке которого выполнены сквозные отверстия, соосные с продольными осями сопел центробежных форсунок, кроме того, с кожухом скреплена защитная пластина-обтекатель, одна вертикальная кромка которой скреплена с кожухом, вдоль его образующей, а другая скреплена с внутренней поверхностью скруббера вдоль ее образующей, кроме того, плоскость, которой принадлежат продольные оси сопел центробежных форсунок, максимально близка к плоскости выходного отверстия тангенциального канала подвода запыленного газа.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".
Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.
Признаки «...трубчатый корпус размещен вертикально» обеспечивают его размещение вдоль вертикальной кромки выходного отверстия тангенциального канала подвода запыленного газа (что оптимально для организации эффективной водяной завесы на выходе канала и в сечении спирально-нисходящего потока обеспыливаемого газа) с учетом признаков, раскрывающих его пространственную привязку «…в полости цилиндрического корпуса скруббера, вдоль кромки прямоугольного, предпочтительно, вытянутого по вертикали, выходного отверстия тангенциального канала подвода запыленного газа».
Признаки указывающие, что «...использованы центробежные форсунки» обеспечивают наиболее эффективный распыл воды.
Признаки указывающие, что продольные оси сопел центробежных форсунок «ориентированы горизонтально и принадлежат одной плоскости» упрощают организацию сплошной водяной завесы на пути обеспыливаемого потока газа как в тангенциальном канале, так и в скруббере, при сравнительно небольшом расходе воды, поскольку длина и сечение формируемых факелов распыла воды сравнительно невелики, что позволяет сформировать компактную по объему завесу.
Признаки «…форсунки распределены по длине трубчатого корпуса на одинаковых расстояниях друг от друга, с возможностью взаимного перекрытия верхних и нижних зон формируемых ими факелов распыла воды», обеспечивают равномерность параметров формируемой завесы по всему ее объему и ее сплошность.
Признаки «…трубчатый корпус с форсунками размещен в полости защитного цилиндрического кожуха, в стенке которого выполнены сквозные отверстия, соосные с продольными осями сопел центробежных форсунок, обеспечивают защиту форсунок от абразивного воздействия высокоскоростных потоков обеспыливаемого газа, при сохранении функциональной способности форсунок - вывода факелов распыла в обеспыливаемые зоны пространства тангенциальных каналов и скруббера.
Признаки «…с кожухом скреплена защитная пластина-обтекатель, одна вертикальная кромка которой скреплена с кожухом, вдоль его образующей, а другая скреплена с внутренней поверхностью скруббера вдоль ее образующей» обеспечивают (за счет местоположения трубчатого корпуса) как эффективное орошение пылегазового потока в его критическом сечении, так и предотвращают нарушение ламинарности формируемых очищаемых спирально-нисходящих слоев газа, обеспечивая «гладкость» внутренней поверхности полости скруббера.
Признаки «...плоскость, которой принадлежат продольные оси сопел водоструйных форсунок, максимально близка к плоскости выходного отверстия тангенциального канала подвода запыленного газа» обеспечивают эффективное пространственное положение водяной завесы и по отношению к выходу тангенциального канала подвода запыленного газа и по отношению к сечению спирально-нисходящего потока обеспыливаемого газа, понятно, что в идеале было бы хорошо, чтобы названные плоскости совпадали, и к этому надо стремиться, но реально такая ситуация скорее исключение, чем правило.
На фиг.1 схематически дан продольный разрез трубчатого корпуса; на фиг.2 - поперечный разрез фрагмента скруббера; на фиг.3 - узел А.
На чертежах показаны трубчатый корпус 1, снабженный средством подключения 2 к источнику воды, водоструйные форсунки 3, полость 4 цилиндрического корпуса скруббера, кромка 5 выходного отверстия 6 тангенциального канала 7 подвода запыленного газа, плоскость 8, которой принадлежат продольные оси 9 сопел 10 центробежных форсунок 3, факелы 11 распыла воды, защитный цилиндрический кожух 12, его сквозные отверстия 13, защитная пластина обтекатель 14, ее вертикальные кромки 15, внутренняя поверхность 16 скруббера.
В качестве средства подключения 2 трубчатого корпуса 1 к источнику воды используют водяной затвор известной конструкции, проходное сечение которого и рабочие характеристики соответствуют рабочим параметрам скруббера, предпочтительно дистанционно управляемый. При этом в качестве источника воды используют высоконапорную (давление до 0,4 МПа) водяную магистраль известной конструкции. В качестве центробежных форсунок 3 используют известные конструкции, обеспечивающие формирование факелов 11 распыла воды орошения (до капель максимальной крупностью 0,4 мм), конусообразной формы, длиной порядка 250-300 мм, диаметром основания конуса порядка 250-280 мм.
При этом трубчатый корпус 1 (труба диаметром 45 мм) размещен вертикально в полости 4 цилиндрического корпуса скруббера, вдоль кромки 5 прямоугольного выходного отверстия 6, тангенциального канала 7 подвода запыленного воздуха.
Продольные оси 9 сопел 10 центробежных форсунок 3 ориентированы горизонтально и принадлежат одной плоскости (плоскости 8, которая совпадает с плоскостью выходного отверстия 6 тангенциального канала 7 подвода запыленного газа.
Форсунки 3 распределены по длине трубчатого корпуса 1 на одинаковых расстояниях друг от друга (в данном случае, порядка 15 0 мм), что при упомянутых размерах факелов 11 распыла воды орошения обеспечивает формирование сплошной завесы (облака) распыленной воды, перекрывающей выходное отверстие 6 (ширина проходного сечения около 250 мм, высота 3018 мм). При этом каждый соседний факелы распыла взаимно перекрывает верхнюю зону нижележащего факела распыла 11 и нижнюю зону вышележащего факела распыла 11. Трубчатый корпус 1 с форсунками 3 размещен в полости защитного цилиндрического кожуха 12 (труба диаметром 70 мм), в стенке которого выполнены сквозные отверстия 13, соосные с продольными осями 9 сопел 10 водоструйных форсунок 3. Кроме того, с кожухом 12 скреплена защитная пластина-обтекатель 14, одна вертикальная кромка 15 которой скреплена с кожухом 12 (вдоль его образующей), а другая скреплена с внутренней поверхностью 16 скруббера (вдоль ее образующей). Кроме того, в состав устройства входят средства контроля качества распыла, например датчики расхода воды в форсунках (известной конструкции - на чертежах не показаны).
Трубчатый корпус 1 и другие упомянутые детали выполнены из стали, предпочтительно, марки Ст.5.
Заявленное устройство работает следующим образом.
При подаче потоков обеспыливаемого газа по тангенциальному каналу 7 трубчатый корпус 1 посредством средства подключения 2 подключают к источнику воды, что обеспечивает подачу воды орошения в полость трубчатого корпуса 1. Далее вода, проходя через сопла центробежных форсунок, распыляется с образованием факелов распыла 11, взаимно перекрывающих друг друга по высоте, что позволяет создать сплошную водяную завесу (облако распыленной воды) пересекающего обеспыливаемый поток газа как на выходе тангенциального канала, так и в скруббере (в объеме спирально-нисходящих слоев обеспыливаемого газа). При этом расход воды сравнительно невелик, поскольку длина и сечение формируемых факелов распыла воды сравнительно невелики, что позволяет сформировать компактную по объему завесу.
Цилиндрический кожух, в стенке которого выполнены сквозные отверстия, соосные с продольными осями сопел центробежных форсунок, обеспечивает защиту трубчатого корпуса и форсунок от абразивного воздействия высокоскоростных потоков обеспыливаемого газа, при сохранении способности форсунок выводить факелы распыла 11 в обеспыливаемые зоны пространства тангенциальных каналов и скруббера.
Защитная пластина-обтекатель 14 обеспечивает (за счет обеспечения возможности размещения трубчатого корпуса в полости скруббера максимально близко к кромке выходного отверстия 6 тангенциального канала 7 подвода запыленного газа) эффективное орошение пылегазового потока в его критическом сечении и предотвращает нарушение ламинарности формируемых очищаемых спирально-нисходящих слоев газа, обеспечивая «гладкость» внутренней поверхности полости скруббера.
Возможность поддержания качества пылеподавления форсунками 3 на стабильно высоком уровне обеспечивают, контролируя расход и давление воды на впрыск с помощью упомянутых средств их контроля (на чертежах не показаны).