ФОРСУНОЧНЫЙ СКРУББЕР
JET SCRUBBER

Изобретение относится к технике очистки газов от пыли и химических вредностей, получившей широкое распространение в металлургии, преимущественно для охлаждения и увлажнения газа, необходимых для последующей тонкой очистки газа.
Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки газов по авторскому свидетельству СССР №942287, кл. B01D 47/10, 1979 г., содержащее корпус, конфузор, входной и выходной патрубки, систему орошения и бункер (прототип).
Недостатком известного устройства является то, что при больших количествах очищаемых газов возрастают энергозатраты на систему регулирования системы орошения, а также за счет отсутствия устройств для тонкого распыливания жидкости.
Технический результат - повышение эффективности очистки газов от пыли и химических вредностей.
Это достигается тем, что в форсуночном скруббере, включающим корпус, конфузор, входной и выходной патрубки, систему орошения и бункер, корпус выполнен цилиндрическим, в нижней части которого расположен входной патрубок диаметром d1, ось которого образует с осью цилиндрической поверхности корпуса острый угол в диапазоне 30÷60°, при этом конец входного патрубка погружен в жидкость, расположенную в коническом бункере, снабженном клапаном с контргрузом и смывным патрубком, а для поддержания постоянного уровня жидкости в бункере предусмотрен сливной канал и гидрозатвор с высотой перелива К, а для технического осмотра скруббера предусмотрен люк, при этом в верхней части скруббера размещено оросительное устройство, состоящее, по крайней мере из четырех поясов орошения с форсунками, причем корпус форсунки выполнен со впускным отверстием, выполненным в виде конфузора и соосного с ним дроссельного отверстия, впускное и дроссельное отверстия расположены перпендикулярно и тангенциально по отношению к камере завихрения, причем соосно камере завихрения расположен сопловый вкладыш, внутри которого выполнены последовательно расположенные и соосные друг другу и цилиндрической поверхности камеры завихрения три калиброванных отверстия: коническое, цилиндрическое и фасонное в виде цилиндрической части с фаской скругления на выходе, при этом диаметр цилиндрического отверстия соплового вкладыша равен диаметру верхнего основания усеченного конуса конического отверстия и диаметру цилиндрической части фасонного отверстия.
На фиг.1 приведена схема форсуночного скруббера для охлаждения и увлажнения доменного газа, на фиг.2 - схема расположения форсунок, на фиг.3 изображен общий вид форсунки для распыливания жидкостей.
Форсуночный скруббер (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 14 диаметром D, в нижней части которого расположен входной патрубок 15 диаметром d1, ось которого образует с осью цилиндрической поверхности корпуса 14 острый угол в диапазоне 30÷60°. Конец входного патрубка 15 диаметром d1, входящего в корпус скруббера, погружен в жидкость, расположенную в коническом бункере 19, снабженном клапаном 1 с контргрузом, смывным патрубком 2. Для поддержания постоянного уровня жидкости в бункере предусмотрен сливной канал 3 и гидрозатвор 4 с высотой перелива К. Для технического осмотра скруббера предусмотрен люк 5.
В верхней части скруббера (фиг.1) размещено оросительное устройство высотой М, состоящее, по крайней мере из четырех поясов орошения 9, 10, 11, 12 с форсунками 23, создающими равномерный поток мелко диспергированных капель, движущихся под действием силы тяжести вниз. Нижняя часть скруббера, оканчивающаяся коническим бункером 19 высотой L, заполнена водой, уровень которой поддерживается постоянным. Образовавшийся шлам собирается в нижней части скруббера, откуда непрерывно удаляется промывочной водой по сливному каналу 3. Параллельно с очисткой газ, проходящий через скруббер, охлаждается чаще всего до 40÷50°С и увлажняется обычно до состояния насыщения. Скорость газа в скруббере устанавливают равной 0,7÷1,5 м/с. При больших скоростях начинается капельный унос влаги, что способствует образованию отложений на выходном патрубке 16 диаметром d2 скруббера и в газопроводах.
Подвод воды к поясам орошения осуществляется через коллекторы, которые расположены снаружи скруббера (фиг.2) и выполнены в виде кольцевых участков трубопровода, соединенных с подводящими трубопроводами 7 с регулирующими задвижками 6, оппозитно которым расположены промывочные задвижки 13.
Форсунки 23 присоединяют к коллекторам радиально с определенным шагом через трубки 20 и 21 посредством демпфирующих вставок 22, причем длина трубок 20 и 21 подбирается таким образом, чтобы сечение корпуса скруббера было полностью перекрыто факелами распыла форсунок. При этом не отключая скруббер, можно прочистить, продуть и сменить каждую из них.
В скруббере применяются центробежные форсунки с диаметром отверстия 12÷40 мм, которые менее требовательные к чистоте поступающей воды. В каждом поясе устанавливают 8÷16 форсунок, размещая их так, чтобы все сечение было равномерно перекрыто диспергированной жидкостью в количестве, соответствующем заданному удельному расходу. Орошение осуществляется в четырех ярусах с направлением факела форсунок нижних поясов 11 и 12 вверх, а верхних поясов 9 и 10 - вниз.
Центробежная форсунка (фиг.3) состоит из корпуса 24 длиной L со впускным отверстием 27, выполненным в виде конфузора длиной L1, соосного с ним дроссельного отверстия 26 диаметром d1, камеры завихрения 25, выполненной в виде цилиндрического стакана.
Впускное 27 и дроссельное 26 отверстия расположены перпендикулярно и тангенциально по отношению к камере завихрения 25. Соосно камере завихрения 25 расположен сопловый вкладыш 28 с внешним диаметром D1, выполненный из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира. Внутри вкладыша выполнены последовательно расположенные и соосные друг другу и цилиндрической поверхности камеры завихрения 25 три калиброванных отверстия: коническое отверстие 29 с диаметром D нижнего основания усеченного конуса, цилиндрическое отверстие 30 и фасонное отверстие 31 в виде цилиндрической части с фаской скругления на выходе. При этом диаметр d цилиндрического отверстия 30 соплового вкладыша 28 равен диаметру верхнего основания усеченного конуса конического отверстия 29 и диаметру цилиндрической части фасонного отверстия 31.
Для работы форсунки в оптимальном режиме предусмотрены следующие соотношения ее параметров: отношение диаметра d цилиндрического отверстия 30 соплового вкладыша 28 к диаметру d1 дроссельного отверстия 26 корпуса 24 форсунки лежит в оптимальном интервале величин: d/d1=1,4÷2,2; отношение внешнего диаметра D1 соплового вкладыша 28 к диаметру D нижнего основания усеченного конуса конического отверстия 29 вкладыша 28 лежит в оптимальном интервале величин: D1/D=1,2÷1,8; отношение длины L корпуса 24 форсунки к длине L1 конфузора впускного отверстия 27, лежит в оптимальном интервале величин: L/L1=2,0÷2,5.
Форсуночный скруббер работает следующим образом.
Подводимый запыленный газ по входному патрубку 15 направляется на зеркало воды для осаждения наиболее крупных частиц пыли, после чего, распределяясь по всему сечению скруббера, газ движется вверх навстречу потоку капель воды. В процессе промывки капли жидкости захватывают частицы пыли и коагулируют. Образовавшийся шлам собирается в нижней части скруббера, откуда непрерывно удаляется промывочной водой по сливному каналу 3. Параллельно с очисткой газ, проходящий через скруббер, охлаждается чаще всего до 40÷50°С и увлажняется обычно до состояния насыщения. Скорость газа в скруббере устанавливают равной 0,7÷1,5 м/с. При больших скоростях начинается капельный унос влаги, что способствует образованию отложений на выходном патрубке 16 диаметром d2 скруббера и в газопроводах. Поддержание постоянного уровня воды в скруббере нормального давления осуществляют с помощью гидрозатвора 4. При повышенном давлении газа уровень воды в скруббере регулируют с помощью поплавковых регуляторов (на чертеже не показано). Изменение положения поплавка влияет на степень открытия дроссельного клапана, в результате чего уровень воды автоматически поддерживается постоянным. В целях резервирования каждый скруббер снабжается двумя подобными устройствами. Для обслуживания поясов орошения, регуляторов уровня, клапанов и свечей с наружной стороны скруббера размещают лестницы и площадки.
3
Удельный расход воды на скруббер обычно находится в пределах 3÷6 дм/м газа. Гидравлическое сопротивление полых скрубберов незначительно и не превышает 250 Па. При орошении горячего газа холодной водой в скруббере идут тепло- и массообменные процессы. Газ входит в скруббер по патрубку 15 не насыщенным влагой, поэтому в нижней части скруббера идет испарительное охлаждение, при этом испаряющаяся вода увеличивает влагосодержание газа до тех пор, пока при какой-то температуре он не становится насыщенным. Все это время охлаждение газа протекает при постоянной энтальпии, так как образующийся пар подмешивается к газу, возвращая ему тепло, затраченное в процессе парообразования. Температура воды все это время также остается постоянной и равной температуре мокрого термометра, так как тепло, получаемое водой от газа, полностью расходуется на парообразование. В момент достижения газом состояния насыщения парообразование прекращается. В период испарительного охлаждения температура газа снижается наиболее интенсивно. В верхней части скруббера, в конфузоре 18 высотой N, связанном с выходным патрубком 16 посредством криволинейного колена 17, в котором установлена свеча 8, протекает процесс конденсационного охлаждения. С момента насыщения газа водяными парами дальнейшее охлаждение его вызывает конденсацию части паров. Выделяющееся при этом тепло, как и тепло, передаваемое воде за счет разности температур газа и воды, затрачивается на нагрев воды, который продолжается до тех пор, пока вода не достигнет температуры мокрого термометра. Эта стадия процесса сопровождается уменьшением энтальпии и влагосодержания газа.
Форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом.
1
1
Жидкость подается по впускному отверстию 27, выполненному в виде конфузора длиной L, затем проходит через соосное с ним дроссельное отверстие 26 диаметром d, и поступает по тангенциальному вводу в камеру завихрения 25, выполненную в виде цилиндрического стакана. Вращающийся поток жидкости из камеры завихрения 25 проходит через калиброванное коническое отверстие 29 соплового вкладыша 28, цилиндрическое отверстие 30 и фасонное отверстие 31 вкладыша 28, в результате чего образуется факел распыленной жидкости, корневой угол которого определяется величиной радиуса фаски округления на выходе фасонного отверстия 31. При диаметре выходного отверстия 9 мм, при рабочих давлениях жидкости 150…250 кПа обеспечивается угол раскрытия водяного факела до 140° и сохраняется устойчивость факела при давлении жидкости перед форсунками от 40 кПа и выше.
Для эффективной работы форсуночного скруббера следует выбирать следующие оптимальные соотношения его параметров:
оптимальное соотношение между высотой скруббера Н и его диаметром D находится в интервале величин: H/D=2÷3; оптимальное соотношение между высотой скруббера Н и высотой М оросительного устройства находится в интервале величин: Н/М=0,8÷1,2; оптимальное соотношение между высотой L конического бункера 19 и высотой N конфузора 18 находится в интервале величин: L/N=2÷3; оптимальное соотношение между высотой L конического бункера 19 и высотой перелива К гидрозатвора 4 находится в интервале величин: L/К=2,0÷4,5; оптимальное соотношение между диаметром d1 входного патрубка 15 и диаметром D скруббера находится в интервале величин: d1/D=0,2÷0,3; оптимальное соотношение, между диаметром d1 входного патрубка 15 и диаметром d2 выходного патрубка 16 скруббера находится в интервале величин: d1/d2=0,8÷1,4; оптимальный размер капель жидкости в оросительном устройстве скруббера 0,8÷1 мм. Общий коэффициент эффективности очистки скруббера, работающего в системе очистки доменного газа, составляет 60÷70%.