ВЛАГООТДЕЛИТЕЛЬ
MOISTURE SEPARATOR

Изобретение относится к системам кондиционирования и очистки парогазовых потоков и может быть использовано в металлургии, энергетике, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, где требуется тщательная очистка газов от твердых и жидких аэрозольных частиц.
Одной из проблем, возникающих при очистке воздуха, является обеспечение достаточно высокой степени очистки сжатого воздуха от твердых частиц и конденсата.
Известен уловитель аэрозольных частиц, содержащий корпус со спиральным каналом, днище, сборник конденсата, охлаждающее устройство, установленное с наружной стороны канала, нагревательное устройство, размещенное на внутренней стороне канала, теплоизоляцию, штуцера отвода газа, тепло и хладагентов и штуцер вывода конденсата, снабженный конической обечайкой с дополнительным штуцером вывода конденсата, размещенной соосно с корпусом в сборнике конденсата с зазором к последнему витку спирального канала, и цилиндрическим ловушкам, при этом спиральный канал имеет последовательно сообщенные, расширяющиеся со стороны охлаждающего устройства по ходу газа участки, цилиндрические ловушки размещены на охлаждающем устройстве в зоне максимального расширения участков, а в днище под ловушкой выполнены перепускные отверстия, сообщенные с полостью сборника (a.c. CCCP №1607899 от 04.01.89. МПК B01D 47/05, 45/18 - прототип).
Основным недостатком данного уловителя аэрозольных частиц является то, что, при очищении при его помощи газа, содержащего конденсат и примеси, конденсат, несмотря на вращательное движение потока, полностью не успевает отделиться от очищаемого газа и поступает вместе с газом и механическими примесями для дальнейшего использования, что приводит к ухудшению условий работы механизмов, использующих очищенный воздух, и повышенной концентрации вредных веществ в очищаемом потоке.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание влагоотделителя, конструкция которого позволяет обеспечить более полное отделение конденсата и механических примесей от очищаемого конденсатосодержащего газа.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в предложенном влагоотделителе, содержащем корпус с каналами для прохождения газа, сборник конденсата, днище, согласно изобретению корпус выполнен в виде полого конуса с соотношением диаметра d к его высоте h в пределах d=(0,3-0,5)h, внутри корпуса установлена перфорированная труба для подачи очищаемого потока внутрь корпуса, при этом полость корпуса, начиная от вершины конуса, разделена по высоте радиальными перегородками на три части в соотношении (0,1-0,25)/(0,25-0,4)/(0,35-0,5)h, причем верхняя перегородка выполнена перфорированной со сплошной центральной частью, находящейся в перфорированной трубе, нижняя - сплошной, между перегородками установлены сетчатые цилиндры, имеющие диаметр меньше или равный диаметру основания перегородки, расположенной над ним, а сборник конденсата расположен под днищем конуса и сообщается с полостью трубы.
Нижнее значение отношения диаметра корпуса к его высоте выбрано исходя из того, что при его дальнейшем уменьшении происходит неполное отделение влаги из-за уменьшения объема для расширения воздуха внутри корпуса, и, как следствие, скорость и направление потока воздуха практически не изменяются, что приводит к значительному ухудшению условий влагоотделения.
Верхнее значение отношения диаметра корпуса к его высоте выбрано исходя из того, что, при его дальнейшем увеличении происходит образование нерабочего объема внутри корпуса, в основном, в нижней его части, что приводит к значительному ухудшению росту массогабаритных характеристик конструкции.
Полость конуса, начиная от вершины конуса, разделена по высоте радиальными перегородками в соотношении (0,1-0,25)/(0,25-0,4)/(0,35-0,5)h, исходя из того, что при дальнейшем уменьшении нижнего предела ухудшаются условия прохождения конденсата из верхних частей корпуса во влагосборник, а при дальнейшем увеличении верхнего предела происходит значительный унос капель конденсата воздухом в нижней части влагоотделителя.
Для увеличения количества изменений направления движения потока сжатого воздуха во влагоотделителе, а следовательно, более качественного инерционного отделения капель воды площадь сплошной неперфорированной центральной части перфорированной перегородки составляет f=(0,15-0,25)F, где F - общая площадь перфорированной перегородки.
Нижнее значение указанного соотношения выбрано, исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит снижение степени очистки воздушного потока от жидких аэрозольных частиц в первой ступени влагоотделителя, что подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями.
Верхнее значение указанного соотношения выбрано, исходя из того, что при дальнейшем его увеличении наблюдается значительный перепад давления на перфорированной перегородке, что подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями.
отв
отв
отв
отв
Для исключения запирания первого каскада влагоотделителя, а следовательно, повышения эффективности работы всего аппарата площадь отверстий в верхней части перфорированной трубы, расположенных в два противолежащих вертикальных ряда по длине трубы, находится в пределах f=(0,5-0,65)F, где F - площадь отверстий перфорации перегородки, равная F=(0,25-0,33)f, где f - площадь неперфорированной части перегородки.
Нижнее значение указанного соотношения выбрано, исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении возникает перепад давления на входе в верхнюю часть перфорированной трубы, что подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями.
Верхнее значение указанного соотношения выбрано, исходя из того, что при дальнейшем его увеличении не наблюдается существенного улучшения качества очистки воздушного потока от аэрозольных примесей, что подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями.
Нижнее значение указанного соотношения выбрано, исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит накопление выделившейся влаги в первой ступени уловителя, так как она не успевает перетечь в следующий каскад отделения частиц, что подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями.
Верхнее значение указанного соотношения выбрано, исходя из того, что при дальнейшем его увеличении не наблюдается улучшения условий движения выделившегося конденсата через ступени аппарата во влагосборник, что подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями.
Для исключения возможности возникновения перепада давления на последующих ступенях и запирания влагоотделителя, вторая ступень выполнена с проходной площадью не менее чем проходная площадь первой ступени.
Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения, благодаря наличию новых признаков, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в улучшении условий отделения конденсата и посторонних частиц от очищаемого газа.
Указанные существенные признаки в совокупности, характеризующей сущность заявляемого технического решения, не известны в настоящее время для влагоотделителей и устройств для осушки воздуха. Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам заявляемого изобретения, в ходе исследований не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «Новизна».
Существенные признаки заявляемого изобретения не могут быть представлены как комбинация, выявленная из известных решений с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, из чего следует вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».
В связи с тем, что описанное техническое решение предназначено для использования в рамках реальной системы очистки воздуха, изготовлено заявителем и прошло испытания с достижением заявляемого технического результата, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где показан осевой разрез предложенного влагоотделителя.
Основными элементами предложенного влагоотделителя являются:
1 - корпус;
2 - перфорированная труба;
3 - перегородка верхняя;
4 - перегородка нижняя;
5 - цилиндр верхний;
6 - цилиндр нижний;
7 - днище;
8 - сборник конденсата.
Влагоотделитель содержит корпус 1, выполненный в виде полого конуса, внутри которого установлена перфорированная труба 2 для подачи очищаемого потока внутрь корпуса. Полость корпуса разделена по высоте радиальными перегородками верхней 3 и нижней 4 на три части. Перегородка верхняя 3 выполнена перфорированной, при этом центральная часть ее, находящаяся в трубе, выполнена сплошной, перегородка нижняя 4 - сплошной, между перегородками 3 и 4 установлены сетчатые цилиндры верхний 5 и нижний 6 соответственно. Под днищем 7 корпуса влагоотделителя расположен сборник конденсата 8. Сборник конденсата сообщается с полостью перфорированной трубы 2.
Предложенный влагоотделитель работает следующим образом.
Очищаемый поток газа подается через перфорированную трубу 2 внутрь корпуса 1. Поток через перфорацию в стенке трубы попадает внутрь корпуса, расширяется, теряет скорость и изменяет направление движения. Часть потока проходит через перегородку 3, часть - через цилиндры верхний 5 и нижний 6.
Из полости, ограниченной стенками корпуса и сплошной перегородкой 4, очищаемый поток попадает в полость, ограниченную перегородкой 4 и днищем 7, через отверстия в перфорированной трубе 2,
Кроме того, что влага отделяется под действием собственного веса, во влагоотделителе используется инерционное отделение капель воды в результате многократного изменения направления движения потока сжатого воздуха через перфорированную трубу, перегородку и сетчатые цилиндры. Влага попадает в сборник конденсата 8 и затем оттуда удаляется, а очищенный поток поступает для дальнейшего использования.
Корпус 1 выполнен в виде полого конуса с соотношением диаметра d к его высоте h в пределах d=(0,3-0,5)h.
Нижнее значение отношения диаметра корпуса к его высоте выбрано исходя из того, что при его дальнейшем уменьшении происходит неполное отделение влаги из-за уменьшения объема для расширения воздуха внутри корпуса, и, как следствие, скорость и направление потока воздуха практически не изменяется, что приводит к значительному ухудшению условий влагоотделения.
Верхнее значение отношения диаметра корпуса к его высоте выбрано исходя из того, что при его дальнейшем увеличении происходит образование нерабочего объема внутри корпуса, в основном, в нижней его части, что приводит к значительному ухудшению росту массогабаритных характеристик конструкции.
Полость конуса, начиная от вершины конуса, разделена по высоте радиальными перегородками в соотношении (0,1-0,25)/(0,25-0,4)/(0,35-0,5)h, исходя из того, что при дальнейшем уменьшении нижнего предела ухудшаются условия прохождения конденсата из верхних частей корпуса во влагосборник, а при дальнейшем увеличении верхнего предела происходит значительный унос капель конденсата воздухом в нижней части влагоотделителя.
Для увеличения числа изменений направления движения воздушного потока во влагоотделителе, а следовательно, более качественного отделения аэрозольных частиц, площадь сплошной центральной части перфорированной перегородки составляет f=(0,15-0,25)F, где F - общая площадь перфорированной перегородки.
отв
отв
отв
отв
Для исключения запирания первого каскада отделителя влаги, а следовательно, повышения эффективности работы всего аппарата площадь отверстий в верхней части перфорированной трубы, расположенных в два противолежащих вертикальных ряда по длине трубы, находится в пределах f=(0,5-0,65)F, где F - площадь отверстий перфорации перегородки, равная F=(0,25-0,33)f, где f - площадь неперфорированной части перегородки.
Для исключения возможности возникновения перепада давления на последующих ступенях и запирания влагоотделителя вторая ступень выполнена с проходной площадью не менее, чем проходная площадь первой ступени.
-6
Проведенные авторами экспериментальные и аналитические исследования предложенного влагоотделителя со следующими размерами: диаметр основания 400 мм, высота 800 мм на влажном воздухе, имеющем следующие параметры: давление на входе 1-3 атм, температура 20-40°С, относительная влажность 90-95%, загрязненность (влагосодержание) 9-18 г/кг, максимальный размер осаждаемых частиц 6-10 подтвердил правильность заложенных конструкторско-технологических решений и заявляемых пределов.
Использование предложенного технического решения позволит более эффективно отделять конденсат от газа, увеличить полноту сгорания конденсатосодержащих газов и уменьшить содержание вредных примесей в продуктах сгорания за счет улучшения условий сгорания газовоздушной смеси.