АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГАЗОПЫЛЕОЧИСТКИ ВОЗДУШНЫХ ВЫБРОСОВ
AERIAL EFFLUENTS GAS AND DUST ACOUSTIC CLEANING SYSTEM

Изобретение относится к технике мокрого пылеулавливания и может применяться в химической, текстильной, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для очистки запыленных газов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является акустическая система газопылеочистки воздушных выбросов, известная из патента РФ №2342977, содержащая корпус, расположенный горизонтально и имеющий цилиндрическую форму с зоной контакта, длиной , в центральной части, слева от которой, последовательно по оси корпуса, расположены, по меньшей мере, две форсунки, а в правой части корпуса, после зоны контакта, длиной , расположен каплеуловитель со сливом в нижней части корпуса, причем к каждой форсунке подведены патрубки для сжатого воздуха и патрубки для воды с запорными и регулирующими вентилями, связывающими патрубки с коллекторами, соответственно расположенными в трубопроводах, подводящих воду и сжатый воздух, причем каждый из коллекторов оснащен манометрами для контроля давления воды и сжатого воздуха, форсунки выполнены в виде акустических форсунок.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса пылеулавливания за счет недостаточно развитой поверхности распыления жидкости.
Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пылеулавливания путем увеличения степени распыла жидкости форсунками.
Это достигается тем, что в акустической системе газопылеочистки воздушных выбросов, содержащей корпус, расположенный горизонтально и имеющий цилиндрическую форму с зоной контакта, длиной , в центральной части, слева от которой, последовательно по оси корпуса, расположены, по меньшей мере, две форсунки, а в правой части корпуса, после зоны контакта, длиной , расположен каплеуловитель со сливом в нижней части корпуса, причем к каждой форсунке подведены патрубки для сжатого воздуха и патрубки для воды с запорными и регулирующими вентилями, связывающими патрубки с коллекторами, соответственно расположенными в трубопроводах, подводящих воду и сжатый воздух, причем каждый из коллекторов оснащен манометрами для контроля давления воды и сжатого воздуха, форсунки выполнены в виде акустических форсунок, каждая из которых содержит цилиндрический полый корпус с соплом и центральным сердечником, корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником, имеющим центральное отверстие и установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом кольцевой зазор соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, к центральному сердечнику, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса, соосного центральному отверстию сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника, а к нижнему основанию усеченного конуса, посредством, по крайней мере, трех спиц, прикреплен рассекатель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, а на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки, а в рассекателе, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса, посредством, по крайней мере, трех спиц, и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника, выполнено дроссельное отверстие, а к центральному сердечнику, жестко связанному с верхней цилиндрической ступенью двухступенчатой втулки сопла, соосно прикреплен внешний сплошной диффузор, таким образом, чтобы не было перекрыто выходное сечение кольцевого зазора, соединенного, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке сопла.
На фиг. 1 изображен общий вид системы газопылеочистки воздушных выбросов, на фиг. 2 - схема акустической форсунки.
Акустическая система газопылеочистки воздушных выбросов (фиг. 1) содержит расположенный горизонтально корпус 1 цилиндрической формы с зоной контакта, длиной , в центральной части, слева от которой, последовательно по оси корпуса, расположены, по меньшей мере, две акустические форсунки 2 и 10. В правой части корпуса, после зоны контакта, длиной , расположен каплеуловитель 9 со сливом 8 в нижней части корпуса. К каждой акустической форсунке 2 подведены патрубки 3 для сжатого воздуха и патрубки 4 для воды с запорными 5 и регулирующими 6 вентилями, связывающими патрубки 3 и 4 с коллекторами 7, соответственно расположенными в трубопроводах, подводящих воду и сжатый воздух. Каждый из коллекторов 7 оснащен манометрами для контроля давления воды и сжатого воздуха.
В качестве распылителя используется акустическая форсунка (фиг. 2), содержащая цилиндрический полый корпус 11 с каналом 13 для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с корпусом втулку 12 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 14, верхняя цилиндрическая ступень 16 которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником 17, имеющим центральное отверстие 19 и установленным с кольцевым зазором 20 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 14. Через центральное отверстие 19 центрального сердечника 17 подводится под давлением газ или воздух. Кольцевой зазор 20 соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами 15, выполненными в двухступенчатой втулке 14, соединяющими его с кольцевой полостью 18, образованной внутренней поверхностью втулки 12 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 16, причем кольцевая полость 18 связана с каналом 13 корпуса 11 для подвода жидкости.
К центральному сердечнику 17, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса 21, соосного центральному отверстию 19 сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника 17, а к нижнему основанию усеченного конуса 21, посредством, по крайней мере, трех спиц 23, прикреплен рассекатель 22, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 20. На внешней боковой поверхности усеченного конуса 21 имеются винтовые канавки (на чертеже не показаны), которые способствуют более интенсивному распыливанию жидкости. В рассекателе 22, осесимметрично центральному отверстию 19 центрального сердечника 17, установлен обтекатель 24, выполненный в виде конуса, на внешней конической поверхности которого имеются винтовые канавки. К центральному сердечнику 17, жестко связанному с верхней цилиндрической ступенью 16 двухступенчатой втулки 14 сопла, соосно прикреплен внешний сплошной конический диффузор 25, образованный поверхностью усеченного конуса, при этом верхнее основание усеченного конуса расположено ниже выходного сечения кольцевого зазора 20 и не перекрывает его. Нижнее основание усеченного конуса конического диффузора 25 лежит в плоскости, проходящей через нижнее основание усеченного конуса 21 распылителя.
Возможен вариант, когда в центральном сердечнике 17, в средней его части, выполнена проточка, которая совместно с кольцевым зазором 20 между соплом и центральным сердечником 17 образует карман 26, который соединен через перегородку 28 с дополнительным кольцевым зазором 27, жидкость из которого поступает в пленочном режиме на внутреннюю поверхность сплошного диффузора 25, образуя при этом разделенный перегородкой 28 двухфазный поток распыляемой жидкости. Возможен вариант, когда в рассекателе 22, осесимметрично центральному отверстию 19 центрального сердечника 17, установлен обтекатель 24, выполненный в виде полого конуса, с внутренней резонансной полостью 29, соединенной, по крайней мере, с двумя резонансными отверстиями 30, выполненными в образующейся стенке обтекателя 24, при этом полость 29 является резонансной полостью образованного резонатора Гельмгольца, а резонансные отверстия 30 выполняют функцию горловин резонатора Гельмгольца, настраиваемого на требуемую частоту колебаний для получения более мелкодисперсного двухфазного потока жидкости.
Акустическая форсунка с двухфазным потоком распыляемой жидкости работает следующим образом.
Через канал 13 в полость центрального отверстия 19 центрального сердечника 17 под давлением поступает газ (воздух), который затем через полость усеченного конуса 21 поступает на рассекатель 22, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 20, а на рассекателе 22 установлен обтекатель 24, выполненный в виде конуса, на внешней конической поверхности которого имеются винтовые канавки. Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 11 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 18 через радиальные каналы 15, затем в кольцевой зазор 20 между соплом и центральным сердечником 17. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности и приобретает вращательное движение на винтовой внешней поверхности усеченного конуса 21. В результате чего на внешней поверхности сплошного диффузора 25 будет иметь место пленочный характер распыления (движения) жидкости, близкий к ее ламинарному режиму, а внутри сплошного диффузора 25 будет сформирован мелкодисперсный вращающийся поток газа, близкий к турбулентному режиму его движения и за счет соударения потоков жидкости и газа, движущемуся по центральному отверстию 19 центрального сердечника 17 о рассекатель 22 с обтекателем 24. на выходе из сплошного внешнего диффузора 25 будет формироваться еще более мелкодисперсный поток распыляемой жидкости за счет взаимодействия потоков с ламинарным и турбулентным режимами движения жидкости и газа. Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки.
Предложенная форсунка обеспечивает хорошее качество распыления при малых расходах воздуха. Опыты показали, что при давлении воздуха 100 кПа средний диаметр капель составляет 90 мкм, при увеличении давления воздуха примерно в 4 раза (до 400 кПа) средний диаметр капель уменьшается незначительно и составляет 87 мкм.
3
-3
3
Акустические форсунки 2 и 10, применяемые для газоочистки выбросного воздуха, расходуют сжатого воздуха 0,6…0,8 м/мин и воды 1,5…2,2 л/мин. Создаваемый им водяной факел позволяет устанавливать их в воздуховодах диаметром до 600 мм. Нижние рабочие давления сред: воды - 1,5 атм; сжатого воздуха - 1,5…2 атм (0,15…0,2 МПа). Сжатый воздух подается по центральному каналу, а вода - по кольцевому каналу 16. С помощью акустических форсунок 2 достигаются высокие степень дробления воды, плотность частиц в факеле водяного тумана и стабильность работы системы газоочистки. При начальной концентрации пыли 2,5×10 кг/м степень очистки фильтров составляла 98,6%.
Акустическая система газопылеочистки воздушных выбросов работает следующим образом.
Загрязненный газовый поток поступает в корпус 1 через патрубок (на чертеже не показано), расположенный слева от акустических форсунок 2 и 10, и встречает на своем пути распыленный водовоздушный факел, имеющий направление, попутное направлению входящего потока. В зоне контакта длиной  водяной туман абсорбирует из воздуха растворяемые в воде газообразные вредные вещества, а в конце зоны контакта каплеуловителем 9 отделяется из воздушного потока. Капли растворов стекают с пластин каплеуловителя и удаляются в систему нейтрализации сточных вод через слив 8.