СКРУББЕР
SCRUBBER

Изобретение относится к технике газоочистки «мокрым» способом и может быть использовано для отделения твердых дисперсных частиц или абсорбции газов, воздуха или паров с использованием жидкости в качестве отделяющего агента.
Известно устройство для очистки газов, содержащее корпус, центральную трубу с перфорированными перегородками, патрубки ввода и вывода газа, патрубки подачи и отвода жидкости, а между перфорированными перегородками секционно расположены полые перфорированные цилиндры и кольцевые жалюзийные решетки с подвижной насадкой в виде шаров (Патент РФ №2159145 С1, дата приоритета 31.03.1999, дата публикации 20.11.2000, авторы: Нечаев Ю.Г. и Осипова Г.П., RU).
Недостатками известного устройства являются повышенные энергозатраты в связи с подачей воды под напором в каждую секцию для создания развитой поверхности межфазового контакта, а также большие габариты перфорированных цилиндров и кольцевых жалюзийных решеток в связи с использованием насадки.
Известно устройство для улавливания высокодисперсной пыли, содержащее корпус, впускную и выпускную трубы, веерный распылитель жидкости, установленный с возможностью вращения, и генератор турбулентности в виде решеток из стержней в форме пчелиных сот и гексагональной решетки (Патент США № UA 94508 (С2), дата приоритета 13.10.2009, дата публикации 10.05.2011).
Недостатком данного устройства является необходимость использования нескольких решеток разного типа для обеспечения эффективной турбулентности.
В качестве прототипа принят известный Мульти Вихревой Гидрофильтр «МВГ ВОРТЭКС», содержащий корпус с установленной в нем мультивихревой, диспергирующей решеткой, устройство ввода газа в подрешетчатое пространство, устройство подачи жидкости на решетку, сепараторы, патрубок выхода газа и сливной патрубок для загрязненной жидкости. Основными элементами гидрофильтра являются диспергирующая решетка и сепараторы окончательного каплеулавливания из очищенного газа. Диспергирующая решетка состоит из множества одинаковых элементов квадратной формы с отверстиями и с углублением в центре на поверхности. При этом струи очищаемого газа, формируемые отверстиями каждого элемента, имеют наклон в разные стороны и образуют над решеткой взаимно перекрещенную структуру в виде множества вихревых потоков, создающих дисперсный газожидкостный слой. (Сборник докладов Седьмая Международная конференция - технологии газоочистки в металлургии, энергетике, нефтегазовой и цементной промышленности «Пылегазоочистка-2014», г. Москва, прототип).
Недостатком прототипа является низкая пропускная способность, ограничивающая производительность газоочистного оборудования, обусловленная высоким суммарным сопротивлением конструкции решетки, устройств ввода и выхода газа, для компенсации которого требуются дополнительные мощности дымососов, повышающие энергозатраты. Кроме того, в крупногабаритной конструкции решетки высока вероятность недостаточного использования ее крайних областей, а также скапливания в них уловленной грязи, что снижает эффективность функционирования решетки.
Задачей изобретения является снижение сопротивления скруббера, повышение пропускной способности при обеспечении качественной очистки, уменьшении габаритов и сепарации уловленного материала.
Для решения поставленной задачи в скруббере, содержащем корпус с установленной в нем решеткой, устройство ввода газа в подрешетчатое пространство, устройство подачи жидкости на решетку, каплеуловитель, устройство вывода очищенного газа и устройство слива жидкости, согласно изобретению, устройство ввода газа в подрешетчатое пространство снабжено патрубком тангенциальной подачи газа, решетка выполнена в форме кольца с возможностью создания вихревого газожидкостного потока с регулируемыми параметрами, отбрасывающего жидкость с твердыми частицами к цилиндрическим стенкам корпуса, над решеткой в верхней части корпуса на внутренней поверхности установлено кольцо для отвода жидкости от стенок, а снаружи корпус снабжен установленными на разном уровне по высоте патрубками для отвода жидкости и сепарации уловленного материала, каплеуловитель встроен в верхнюю часть корпуса и выполнен в форме полутора, охватывающего выходной патрубок газа, расположенный с опущенной в корпус нижней частью, являющейся снаружи направляющей для жидкости, возвращающейся из полутора в газожидкостный поток, а устройство подачи жидкости на решетку выполнено с возможностью центральной подачи и снабжено установленным в центральном отверстии кольцевой решетки тарельчатым отражателем с конусом, при этом решетка образована коаксиально расположенными кольцами, связанными между собой, и лопастями, закрепленными на кольцах и образующими поверхность решетки, лопасти выполнены в виде секторов с размерами, соответствующими кольцам, на которых закреплены, при этом лопасти наклонены к основанию решетки и расположены внахлест, а в области нахлеста между лопастями образованы щелевые отверстия, создающие «живое сечение» для ускорения газа, изменения направления его движения, тангенциального срыва стекающей воды и образования вихревого газожидкостного потока.
Согласно изобретению, лопасти решетки наклонены к ее основанию под углом от 5° до 45° для создания «угла атаки» с возможностью выполнения разных его значений в пределах колец решетки и фиксации.
На фиг. 1 схематично представлен продольный разрез конструкции заявляемого скруббера; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 изображена объемная конструктивная схема решетки скруббера; на фиг. 4 схематично изображена решетка, вид сверху; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4.
Заявляемый скруббер содержит цилиндрический корпус 1 с установленной в нем кольцевой решеткой 2, патрубок 3 устройства тангенциального ввода газа в подрешетчатое пространство, устройство подачи воды 4 на решетку, выполненное с возможностью центральной подачи и снабженное установленным в центральном отверстии кольцевой решетки 2 тарельчатым отражателем 5 с конусом. Над решеткой в верхней части корпуса на внутренней поверхности установлено кольцо 6 для отвода жидкости от стенок. Снаружи корпус снабжен установленными на разном уровне по высоте патрубками 7 для отвода жидкости и сепарации уловленного материала. В верхнюю часть корпуса встроен каплеуловитель, выполненный в форме полутора 8, который охватывает выходной патрубок газа 9, расположенный с опущенной в корпус нижней частью, которая является снаружи направляющей для жидкости, возвращаемой из полутора 8 в газожидкостный поток. Нижняя часть корпуса 1 снабжена патрубком слива 10.
Решетка 2 образована коаксиально расположенными кольцами 11, 12, 13, 14 и закрепленными на них, например, посредством сварки лопастями 15, 16, 17, 18, 19, образующими поверхность решетки и ее кольцевую форму. Крайние лопасти 15 и 19, ограничивающие внутренний и наружный диаметры решетки, закреплены соответственно на внутренней поверхности внутреннего кольца 11 и на внешней поверхности наружного кольца 14, а в промежутках между кольцами лопасти 16, 17, 18 закреплены на внутренних и внешних поверхностях колец, скрепляя их между собой. Лопасти выполнены в виде секторов с размерами, соответствующими кольцам, на которых закреплены. При этом лопасти наклонены к основанию решетки и расположены внахлест, причем верхний конец каждой лопасти перекрывает нижний конец предшествующей лопасти, а в области нахлеста между лопастями образованы щелевые отверстия 20, создающие «живое сечение» для ускорения газа, изменения направления его движения, тангенциального срыва стекающей воды и образования вихревого газожидкостного потока с регулируемыми параметрами.
Угол наклона (α) лопастей к основанию решетки, образованному торцами колец, характеризующий сопротивление и «угол атаки», может быть установлен в пределах от 5° до 45° с изменением значений от периферии к центру.
Расстояние между лопастями, образующими щелевые отверстия 20, характеризуется как «живое сечение», также влияющее на скорость потока, на изменение направления его движения, и может варьироваться по величине в пределах площади решетки.
По существу в «мокром» скруббере решается задача по качественной очистке газа путем продувания его сквозь распыленную жидкость, в частности воду или растворы. Основными узлами заявляемого скруббера для осуществления этого процесса являются, прежде всего, кольцевая решетка 2, установленная в корпусе 1 скруббера, которая создает вихревой газожидкостный поток, отбрасывающий воду с твердыми частицами к цилиндрическим стенкам корпуса, и может использоваться при любом режиме работы скруббера, а также каплеуловитель, осуществляющий возврат остаточной жидкости, поднявшейся к поверхности полутора 8, в газожидкостный поток и завершающий тем самым очистку газа. При этом кольцевая решетка 2 обладает низким сопротивлением, которое в совокупности с сопротивлением устройства тангенциальной подачи газа существенно снижает суммарное сопротивление скруббера, что способствует увеличению его пропускной способности.
Заявляемый скруббер работает следующим образом.
В режиме предварительной очистки газ, поступающий через патрубок тангенциальной подачи 3 в подрешетчатое пространство, проходя через кольцевую решетку 2, образует вихрь, при этом ускоряется в щелевых отверстиях 20 и за счет центробежных сил отбрасывает твердые частицы. Для повышения степени очистки газа устройством подачи 4 на решетку 2 подается жидкость. При подаче жидкости, например, в центр решетки 2, жидкость подхватывается потоком газа, проходящим через внутреннее кольцо 11 с лопастями 15. При подаче жидкости на внешнюю стенку этого или следующего кольца 12 образуется конус из распыленной жидкости, сквозь который пробивается предварительно подкрученный в подрешетчатом пространстве за счет тангенциального ввода поток газа, который, пройдя щелевые отверстия 20, ускоряется, срывает стекающую по наклонной лопасти жидкость, закручивает ее, образуя газожидкостный вихрь и благодаря центробежным силам отбрасывает жидкость с захваченными ею твердыми частицами к стенке корпуса скруббера. Таким образом, при любом варианте подачи жидкости на решетку 2 устройством подачи 4 газ и жидкость встретятся и жидкость соберет на себя все твердые и мелкодисперсные частицы. Для повышения эффективности оптимальным является равномерное распределение жидкости по поверхности решетки. Отброшенная к цилиндрической стенке корпуса жидкость стекает по ней с наиболее тяжелыми частицами к основанию корпуса в патрубок слива 10. Часть жидкости, унесенная вверх с легкими фракциями, отводится из корпуса с помощью патрубков 7, расположенных снаружи на разных уровнях по высоте корпуса. В верхней части корпуса жидкость отводится кольцом 6 от стенок корпуса. Поднявшаяся вверх жидкость огибает внутреннюю поверхность полутора 8 и, спустившись по наружной поверхности нижней части выходного патрубка газа 9, возвращается в газожидкостной поток, имеющий в центре область пониженного давления. Очищенный газ в сухом состоянии выводится из скруббера через патрубок 9.
Данный процесс может происходить при больших скоростях перемещения потока за счет центробежных сил, снижения сопротивления основных узлов скруббера, возможности варьирования в решетке «углом атаки» лопастей и величиной щелевых отверстий между лопастями. При этом в связи с цилиндрической формой корпуса и высокой пропускной способностью за счет возможности регулирования параметрами вихревого потока размеры скруббера могут быть сокращены, а тангенциальный ввод газа позволяет не только снизить сопротивление скруббера, но и повысить степень предварительной очистки газа за счет центробежных сил в малых объемах подрешетчатого пространства.
Кроме того, в скруббере могут протекать химические реакции абсорбции раствором газовых составляющих.
Вместе с тем, скруббер имеет большой диапазон регулирования режимов работы, степени очистки и производительности.
Приведенное описание свидетельствует об эффективной работе скруббера и высоком техническом результате, который заключается в уменьшении сопротивления, повышении пропускной способности и уменьшении габаритов скруббера за счет конструкции кольцевой решетки, создающей регулируемый вихревой газожидкостный поток, а также за счет тангенциального ввода газа и встроенного в корпус компактного каплеуловителя.