СКРУББЕР-КАПЛЕУЛОВИТЕЛЬ
GAS CLEANER-DROP CATCHER

Изобретение относится к области очистки газов мокрым способом от твердых частиц и может быть применено преимущественно в энергетике для очистки отходящих от котлов газов.
Известны скрубберы-каплеуловители, работающие с прямоточными трубами Вентури. При этом основной процесс коагуляции эоловых частиц и захвата их каплями воды происходит в трубах Вентури (см., например, «Справочник по пыле- и золоулавливанию», М., 1983 г., стр. 120, рис. 4.48), а сам скруббер служит для улавливания капельного уноса и части золы, осаждающихся на его стенку, за счет центробежных сил вихревого потока газов в скруббере (рис. 4.36, там же). Для смыва этих частиц сверху по стенкам, облицованным кислотоупорной плиткой, стекает пленка воды, создаваемая поясом орошения.
В последнее время в скрубберах устанавливают вихревые эмульгаторы, создающие активную зону улавливания частиц золы в пенном слое. При этом часть бочки корпуса-скруббера оказывается занятой эмульгатором. Очищенные газы выходят в верхнюю часть скруббера с высокой степенью насыщения мелкими каплями и низкой температурой (≈50°С), равной или ниже температуры точки росы. Поэтому вопрос осаждения капель, осушения газа после эмульгатора становится наиважнейшим. Вынос влажных капель в газоход за скруббером и в дымосос приводит к заносу всасывающих карманов дымососа и газохода за дымососом, ухудшению тяги и снижает надежность несения нагрузки. Подача горячего воздуха для подогрева газов не решает проблему и при большом каплеуносе сильно снижает КПД котельной установки, так как приходится выбрасывать тепло с горячим воздухом за пределами котла. Поэтому работа эмульгаторов без каплеуловителей практически невозможна.
В настоящее время разработано несколько конструкций каплеуловителей. Так, например, по патенту №2225248, В 01D 53/86, 47/04 каплеуловитель выполнен в виде шатра из уголковых элементов. Наклон уголков к периферии обеспечивает отвод уловленных капель на стенку скруббера и возврат в рабочую зону эмульгатора (прототипа). Недостатком данного каплеуловителя является его высокое сопротивление. Кроме того, открытая решетка каплеуловителя по всему его сечению допускает интенсивный вынос капель по центру, где восходящие потоки наиболее сильны.
Для исключения этого другие конструкции каплеуловителей предусматривают кольцевой вариант каплеуловителя, где газ проходит по кольцу с решеткой из лопаток, расположенных радиально, обеспечивающих дополнительное закручивание газов и создание центробежных сил для сепарации капель на стенку скруббера, по которой они стекают в активную зону улавливания золы ниже каплеуловителя. При этом между обечайкой собственно каплеуловителя и облицовкой скруббера предусматривается зазор. Такой каплеуловитель устанавливается фирмой «КОЧ», например, по патенту №2086293, кл. 6 B01D 47/04, где на чертеже он не показан, а в натуре применяется, а также по патенту 2163834, кл. B01D 47/04, по которым в настоящее время фирма «КОЧ» внедряет эмульгаторы вместе с кольцевыми каплеуловителями, описанными выше (принимаем их за прототипы). Аналогична конструкция каплеуловителя по патенту №2158166.
Недостатками данного прототипа являются:
1. Недостаточно полное улавливание капель. Это связано с тем, что капли не успевают отсепарироваться на стенку из внутренней части довольно широкого кольцевого потока и оказываются за пределами защитного козырька.
2. Днище каплеуловителя, выполненное в виде конуса вершиной вверх, способствует «отводу» набрасываемых на него снизу капель на периферию днища и захвату их восходящим потоком газа в кольцевой части.
3. Предусмотренная промывка каплеуловителя сверху также увеличивает капельный унос, вызывает необходимость подачи большего количества горячего воздуха на подогрев, что снижает экономичность.
4. Отсепарированные на стенку капли выше каплеуловителя при стекании вниз по гладкой облицовке испытывают встречное давление крутящегося потока, что приводит к повторному захвату капель с поверхности стенки.
5. В кольцевом зазоре между обечайкой каплеуловителя и облицовкой скруббера отсутствуют устройства, предотвращающие проскок газа стекающим навстречу каплям.
Задача изобретения
Увеличить степень отделения капель из потока газов.
Облегчить условия их стекания вниз по стенке скруббера.
Не допустить попадания капель в кольцевую решетку каплеуловителя, в том числе от поступаемой на промывку каплеуловителя жидкости.
Не допустить проскока газов навстречу стекающей жидкости в кольцевом зазоре.
Эта задача решается следующим образом:
1. Лопатки каплеуловителя развернуты против хода крутящегося потока, т.е. дальний (от центра) конец лопатки смещен по окружности во встречном к крутке потока направлении. При этом вектор скорости, выходящий из сечения межлопаточного окна, отклонен от касательной окружности на внешнюю сторону, т.е. к стенке скруббера.
2. Днище каплеуловителя выполнено конусом вершиной вниз и приобрело форму тарелки. При этом набрасываемые на его поверхность снизу капли стекают к центру и возвращаются в эмульсионный слой.
3. Промывочное устройство, установленное внутри тарелки днища, не подвержено влиянию восходящего вихря над каплеуловителем, поэтому промывочная вода стекает также в эмульсионный слой через предусмотренное в вершине конуса отверстие.
4. В облицовке стенок скруббера выше каплеуловителя выполнены специальные вертикальные каналы.
5. Ниже кольцевого зазора выполнен специальный кольцевой аэродинамический выступ.
Предлагаемый скруббер-каплеуловитель представлен на чертежах, где на фиг. 1 показан общий вид скруббера-каплеуловителя; на фиг. 2 - сечение внутренней облицовки с каналами и установка лопаток каплеуловителя со встречным смещением к крутке потока.
Корпус скруббера 1 (фиг.1) с подводящим 2 и отводящим 3 патрубками содержит эмульгатор 4 и каплеуловитель 5. В верхней части выполнен патрубок 6 для подачи горячего воздуха. Облицовка внутренней части скруббера 1 на высоте между каплеуловителем 5 и защитным козырьком 7 выполнена с наличием каналов 8 (фиг.2). Ниже кольцевого зазора 9 установлен аэродинамический выступ 10. Лопатки 11 каплеуловителя 5 установлены под углом к его плоскости, а их концы, примыкающие к наружной цилиндрической обечайке 12, смещены против или по ходу вращения на некоторый угол (имеют спиралевидное отклонение от радиуса, фиг. 2). В конусообразное днище 13 каплеуловителя предусмотрен подвод воды через распылитель 14 с клапаном 15 на подводящей трубе.
В нижней части корпуса 1 установлен гидрозатвор 16. К эмульгатору 4 трубой 17 подведена вода.
Скруббер-каплеуловитель работает следующим образом.
Запыленный газ через подводящий патрубок 2 поступает в корпус скруббера 1 и, пройдя последовательно эмульгатор 4 и каплеуловитель, поступает в отводящий патрубок 3.
Над эмульгатором 4 образуется пенистый слой, в котором происходит эффективный массообмен и захват твердых частиц каплями воды, поступающей к эмульгатору по трубе 17. При этом порции пульпы стекают в низ скруббера 1 и через гидрозатвор 16 удаляются. Газ выходит через лопатки 11 каплеуловителя 5 и получает дополнительное закручивание, благодаря чему оставшиеся в нем мелкие капли воды оседают на облицовке стен корпуса 1 выше каплеуловителя. Побуждаемые скоростным потоком газа они движутся по спирали по гладкой облицовочной поверхности до ближайшего канала 8, в котором создана аэродинамическая тень, способствующая их быстрому стеканию вниз в кольцевой зазор 9, защищенный аэродинамическим выступом 10, предусматривающим ограничение встречного потока газов в кольцевом зазоре 9 снизу вверх. Благодаря этому все отсепарированные капли проходят кольцевой зазор 9 и поступают снова в пространство над эмульгатором 4. Смещение наружных концов лопаток 11 по ходу вращения газов (или против хода от их радиального положения) предусматривает концентрацию вихря к стенке при смещении против вращения и к центру при смещении по ходу вращения. При этом длина лопатки 11 увеличена, а наружная обечайка 12 остается неизменной. При противоточном смещении достигается более быстрая сепарация капель на стенки и осушение потока газа после увеличения крутки его (потока) лопатками 11 каплеуловителя 5, поэтому выбран именно этот вариант смещения. Для смыва отложений золы из чаши днища 13 предусмотрен распылитель 14 с соплами, соединенный с источником воды через регулируемый клапан 15, который работает в постоянном или прерывистом режиме. Распылитель 14 помещен во внутреннем пространстве конусного днища и находится в аэродинамической тени, что исключает унос капель вверх при его работе. Отложения золы, возникшие в чаше днища 13 или упавшие сверху, смываются таким образом водой, которой придается распылителем 14 вращательное движение в чаше днища с удалением ее через сливное отверстие в вершине днища 13 в зону эмульгатора 4. Туда же подается основное орошение эмульгатора через трубу 17.
Очищенный от золовых частиц газ, пройдя каплеуловитель 5, выше защитного козырька 7 не имеет капель жидкости, но его температура очень низка и приближается или ниже температуры точки росы, что вызывает интенсивную коррозию газоходов после золоуловителей. Поэтому через патрубок 6 подают горячий воздух, который повышает температуру газов за золоуловителем, исключая коррозию и отложения золы за золоуловителем.
Предлагаемый скруббер-каплеуловитель позволяет уменьшить или исключить полностью вынос капель выше защитного козырька 7. Этим достигается значительное повышение температуры газов за золоуловителем после смешения их с горячим воздухом патрубка 6, что недостижимо при интенсивном выносе капель и ведет к увеличению потерь тепла с горячим воздухом через патрубок 6 или увеличению коррозии газоходов и дымовой трубы.
Предложенный каплеуловитель прост по конструкции и может быть изготовлен из доступного материала (нержавейки) в короткие сроки.