УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ
DEVICE FOR GAS SCRUBBING

Заявляемый объект относится к мокрой очистке газов и может быть использован в металлургической, химической и других отраслях промышленности.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранное в качестве прототипа устройство для очистки газов, содержащее конфузор и диффузор, соединенные между собой горловиной, верхний клиновидный обтекатель, установленный в конфузоре острием вверх для образования в конфузоре двух сужающихся каналов для газа, и нижний клиновидный обтекатель, установленный в диффузоре острием вниз для образования в диффузоре двух расширяющихся каналов для газа. Известное устройство содержит две полузаслонки, установленные в области горловины с возможностью приводного поворота от коаксиально расположенных валов для регулирования площади горловины. Кроме того, устройство содержит систему форсуночного орошения, форсунки которой расположены в конфузоре и под верхним клиновидным обтекателем, установленным над валами. Полузаслонки выполнены из нескольких секций, соединенных цилиндрическими шарнирами с ограничителями поворота секций одна относительно другой в направлении к вертикальной оси устройства. При этом полузаслонки со стороны газового потока покрыты лентой из гибкого износоустойчивого материала, прилегающей своей средней частью к полузаслонкам, концы ленты закреплены на грузе. Этот груз размещен ниже полузаслонок с возможностью вертикального перемещения вдоль вертикальной оси устройства и имеет форму клина, острый угол которого направлен вниз (SU №1634304, МПК: B01D 47/10, опубл. 15.03.93).
У заявляемого объекта и прототипа совпадают следующие существенные признаки. Оба устройства содержат конфузор и диффузор, соединенные между собой горловиной, верхний клиновидный обтекатель, установленный в конфузоре острием вверх для образования в конфузоре двух сужающихся каналов для газа, нижний клиновидный обтекатель, установленный в диффузоре острием вниз для образования в диффузоре двух расширяющихся каналов для газа, две полузаслонки, установленные в области горловины с возможностью приводного поворота для регулирования площади горловины, и систему форсуночного орошения, форсунки которой расположены в конфузоре.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют следующие причины.
Установка двух полузаслонок на коаксиальных валах, состоящих из двух вложенных одна в другую труб, при этом к наружной трубе прикреплена одна полузаслонка, а к внутренней трубе через соответствующие прорези в наружной трубе прикреплена вторая полузаслонка, не обеспечивает надежный поворот полузаслонок из-за засорения прорезей в наружной трубе и зазоров между трубами смоченной пылью и последующего заклинивания труб. Выполнение полузаслонок из нескольких секций, соединенных между собой цилиндрическими шарнирами с возможностью поворота секций относительно друг друга, крайне ненадежно из-за низкой работоспособности шарниров при их нахождении во влажной пылегазовой среде. Нарушение профиля полузаслонок приводит к образованию нарушения профиля канала для газа в области расположения каждой полузаслонки и к образованию несимметричных относительно вертикальной оси каналов для газа. Защита полузаслонок со стороны газового потока лентой из гибкого износоустойчивого материала ненадежна из-за наличия в газовом потоке абразивной пыли, которая разрушает ленту, что приводит к нарушению аэродинамики газового потока в горловине. Через пространство между верхним клиновидным обтекателем и полузаслонками в конфузоре поток очищаемого газа имеет возможность самопроизвольно перераспределяться из одного газового канала в другой, что приводит к неконтролируемому изменению скоростей газовых потоков в области горловины. Кроме того, смешивание двух газовых потоков в диффузоре непосредственно после клиновидного груза вызывает нежелательные завихрения в объеме диффузора. Вышеуказанные недостатки в конструкции прототипа снижают надежность работы устройства для очистки газов, а также снижают эффективность очистки газов из-за снижения интенсивности массообменных процессов в конфузоре, горловине и диффузоре.
В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такое устройство для очистки газов, в котором усовершенствования путем введения новых элементов и изменения формы выполнения элементов позволяют при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности и надежности работы устройства для очистки газов.
Заявляемое устройство для очистки газов содержит конфузор и диффузор, соединенные между собой горловиной, верхний клиновидный обтекатель, установленный по длине конфузора острием вверх для образования в конфузоре двух сужающихся каналов для газа, нижний клиновидный обтекатель, установленный по длине диффузора острием вниз для образования в диффузоре двух расширяющихся каналов для газа, две полузаслонки, установленные в области горловины с возможностью приводного поворота для регулирования площади горловины, и систему форсуночного орошения, форсунки которой расположены в конфузоре.
Отличительной особенностью заявляемой конструкции устройства для очистки газов является следующее. Основание нижнего клиновидного обтекателя, установленного по длине диффузора, расположено практически на уровне основания диффузора, а верхний клиновидный обтекатель установлен по длине конфузора непосредственно над нижним клиновидным обтекателем для образования совместно с боковыми сторонами конфузора и диффузора двух каналов для газа, каждый из которых в поперечном сечении практически симметричен относительно своей вертикальной оси. При этом каждая боковая сторона верхнего клиновидного обтекателя в каждом канале для газа расположена в поперечном сечении с зазором в области горловины над основанием нижнего клиновидного обтекателя и в каждом из указанных зазоров в области горловины установлена полузаслонка, закрепленная на горизонтальном валу.
В частных случаях использования заявляемый объект характеризуется тем, что:
- со стороны полости между верхним клиновидным обтекателем и нижним клиновидным обтекателем каждая полузаслонка с горизонтальным валом заключена в кожух, прикрепленный к указанным обтекателям и установленный с возможностью контакта с горизонтальным валом полузаслонки по всей его длине;
- горловина каждого канала для газа образована поверхностью нижней части боковой стороны конфузора и поверхностью соответствующей полузаслонки, которые закруглены в самом узком месте горловины, при этом каждая полузаслонка установлена с возможностью контакта кромки своей закругленной части с боковой стороной нижнего клиновидного обтекателя в максимально открытом положении полузаслонки;
- форсунки системы орошения расположены в поперечном сечении по вертикальной оси каждого из указанных каналов для газа, при этом стороны угла распыления каждой форсунки в поперечном сечении пересекают горловину каждого канала для газа в области расположения полузаслонки.
При использовании заявляемого объекта ожидается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности и надежности работы устройства для очистки газов.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь. Расположение основания нижнего клиновидного обтекателя, установленного по длине диффузора, практически на уровне основания диффузора и установка верхнего клиновидного обтекателя по длине конфузора непосредственно над нижним клиновидным обтекателем для образования совместно с боковыми сторонами конфузора и диффузора двух каналов для газа, каждый из которых в поперечном сечении практически симметричен относительно своей вертикальной оси, препятствуют самопроизвольному перераспределению газа в конфузоре из одного газового канала в другой, предотвращая неконтролируемое изменение скоростей газовых потоков в области горловины, препятствуют смешиванию двух газовых потоков в диффузоре, предотвращая нежелательные завихрения газа в объеме диффузора. Расположение каждой боковой стороны верхнего клиновидного обтекателя в каждом канале для газа в поперечном сечении с зазором в области горловины над основанием нижнего клиновидного обтекателя и установка в каждом из указанных зазоров в области горловины полузаслонки, закрепленной на отдельном горизонтальном валу, обеспечивают образование заданного профиля канала для газа в области расположения каждой полузаслонки, способствуя образованию двух каналов для газа, которые практически симметричны относительно вертикальной оси. Заданная аэродинамика газового потока в горловине обеспечивается при надежном повороте полузаслонок на заданный угол совместно с отдельными, а не коаксиальными горизонтальными валами, которые, кроме того, могут быть установлены в опорах, размещенных снаружи устройства, без использования элементов, для которых возможно заклинивание при их нахождении во влажной пылегазовой среде.
Вышеуказанные конструктивные усовершенствования повышают надежность работы устройства для очистки газов и повышают эффективность очистки газов путем повышения интенсивности массообменных процессов в конфузоре, горловине и диффузоре.
Заключение со стороны полости между верхним клиновидным обтекателем и нижним клиновидным обтекателем каждой полузаслонки с горизонтальным валом в кожух, прикрепленный к указанным обтекателям и установленный с возможностью контакта с горизонтальным валом полузаслонки по всей его длине, в ряде случаев препятствует циркуляции газа в области горловины вокруг полузаслонки и горизонтального вала, что способствует снижению завихрений газа в области горловины и уменьшает износ элементов, находящихся на пути газа.
Выполнение горловины каждого канала для газа поверхностью нижней части боковой стороны конфузора и поверхностью соответствующей полузаслонки, которые закруглены в самом узком месте горловины, и установка каждой полузаслонки с возможностью контакта кромки своей закругленной части с боковой стороной нижнего клиновидного обтекателя в максимально открытом положении полузаслонки в ряде случаев необходимо для дальнейшего улучшения аэродинамики газового потока в горловине и в диффузоре, а также для уменьшения циркуляции газа в области горловины вокруг полузаслонки и горизонтального вала, что способствует снижению завихрений газа в области горловины и уменьшает износ элементов, находящихся на пути газа.
Расположение форсунок системы орошения в поперечном сечении по вертикальной оси каждого из указанных каналов для газа, причем так, чтобы стороны угла распыления каждой форсунки в поперечном сечении пересекали горловину каждого канала для газа в области расположения полузаслонки, способствует повышению эффективности очистки газа за счет обеспечения оптимального смачивания газового потока при его оптимальной скорости в области горловины.
Сущность заявляемого объекта поясняется чертежом, на котором показан поперечный разрез устройства для очистки газов.
На чертеже проставлены следующие обозначения:
1 - конфузор;
2 - диффузор;
3 - горловина;
4 - боковая сторона конфузора;
5 - боковая сторона конфузора;
6 - боковая сторона диффузора;
7 - боковая сторона диффузора;
8 - боковая сторона горловины;
9 - боковая сторона горловины;
10 - верхний клиновидный обтекатель;
11 - боковая сторона верхнего клиновидного обтекателя;
12 - боковая сторона верхнего клиновидного обтекателя;
13 - вертикальная ось канала для газа;
14 - вертикальная ось канала для газа;
15 - нижний клиновидный обтекатель;
16 - боковая сторона нижнего клиновидного обтекателя;
17 - боковая сторона нижнего клиновидного обтекателя;
18 - полузаслонка;
19 - полузаслонка;
20 - горизонтальный вал;
21 - горизонтальный вал;
22 - форсунка;
23 - форсунка;
24 - кожух;
25 - кожух.
В конкретном примере заявляемое устройство для очистки газов содержит конфузор 1 и диффузор 2, соединенные между собой горловиной 3. Конфузор 1 выполнен с трапециевидным сечением, имеет боковые стороны 4 и 5 и сужается от верхнего основания к нижнему. Диффузор 2 также выполнен с трапециевидным сечением, имеет боковые стороны 6 и 7 и расширяется от верхнего основания к нижнему. Горловина 3 имеет боковые стороны 8 и 9. По длине конфузора 1 острием вверх установлен верхний клиновидный обтекатель 10 с боковыми сторонами 11 и 12, соответственно образующими с боковыми сторонами 4 и 5 конфузора 1 два сужающихся канала для газа с вертикальными осями 13 и 14. По длине диффузора 2 острием вниз установлен нижний клиновидный обтекатель 15 с боковыми сторонами 16 и 17, соответственно образующими с боковыми сторонами 6 и 7 диффузора 2 два расширяющихся канала для газа с вертикальными осями 13 и 14. Основание нижнего клиновидного обтекателя 15 расположено практически на уровне верхнего основания диффузора 2, и верхний клиновидный обтекатель 10 установлен непосредственно над нижним клиновидным обтекателем 15 для образования совместно с боковыми сторонами 4 и 5 конфузора 1 и боковыми сторонами 6 и 7 диффузора 2 двух каналов для газа, каждый из которых в поперечном сечении практически симметричен относительно вертикальных осей 13 и 14. При этом каждая боковая сторона 11 и 12 верхнего клиновидного обтекателя 10 в каждом канале для газа расположена в поперечном сечении с зазором в области горловины 3 над основанием нижнего клиновидного обтекателя 15. В каждом из указанных зазоров в области горловины 3 установлены полузаслонки 18 и 19, закрепленные соответственно на горизонтальных валах 20 и 21 с возможностью приводного поворота для регулирования площади горловины. Устройство содержит также систему форсуночного орошения, форсунки 22 и 23 которой расположены в конфузоре 1.
В частных случаях выполнения устройства для очистки газов каждая полузаслонка 18 и 19 с горизонтальным валом 20 и 21 со стороны полости между верхним клиновидным обтекателем 10 и нижним клиновидным обтекателем 15 заключена соответственно в кожух 24 и 25, прикрепленный к указанным обтекателям и установленный с возможностью контакта с горизонтальным валом полузаслонки по всей его длине.
В частных случаях выполнения устройства для очистки газов горловина каждого канала для газа образована поверхностью нижней части боковых сторон 4 и 5 конфузора 1 и, соответственно, поверхностью соответствующих полузаслонок 18 и 19, при этом нижние части боковых сторон конфузора и соответствующие поверхности полузаслонок закруглены в самом узком месте горловины. При этом каждая из полузаслонок 18 и 19 установлена с возможностью контакта кромки своей закругленной части с соответствующей боковой стороной нижнего клиновидного обтекателя 16 или 17 в максимально открытом положении полузаслонки.
В частных случаях выполнения устройства для очистки газов форсунки 22 и 23 системы орошения расположены в поперечном сечении соответственно по вертикальным осям 13 и 14 каждого из указанных каналов для газа. При этом стороны угла распыления каждой форсунки в поперечном сечении пересекают горловину каждого канала для газа соответственно в области расположения полузаслонок 18 и 19.
В конкретном примере осуществления заявляемое устройство для очистки газов работает следующим образом. Попадая в конфузор 1, очищаемый газ после взаимодействия с боковыми сторонами 11 и 12 верхнего клиновидного обтекателя 10 и боковыми сторонами 16 и 17 нижнего клиновидного обтекателя 15, разделяется на два газовых потока, каждый из которых в поперечном сечении практически симметричен относительно вертикальных осей 13 и 14. В конфузоре 1 за счет уменьшения его сечения скорость очищаемого газа возрастает в каждом газовом потоке, достигая максимального значения в области горловины 3, соответственно между боковой стороной 8 горловины и поверхностью полузаслонки 18 и боковой стороной 9 горловины и поверхностью полузаслонки 19. Каждый газовый поток смачивается жидкостью, которая распыляется форсунками 22 и 23, соответственно расположенными в конфузоре 1 по вертикальной оси канала для газа 13 и 14. Далее каждый газожидкостный поток поступает в диффузор 2, где происходит снижение его скорости и частичное восстановление давления. Объединение газожидкостных потоков происходит после их выхода из диффузора 2. Регулирование площади горловины 3 при изменении количества очищаемого газа происходит в зависимости от заданной скорости газа в горловине, обеспечивающей требуемую эффективность очистки газа. Регулирование скорости газа в горловине каждого канала надежно осуществляется путем поворота на необходимый угол полузаслонок 18 и 19, закрепленных на отдельных горизонтальных валах 20 и 21.
При прохождении очищаемого газового потока через два канала для газа в каждом практически симметричном газожидкостном потоке при одинаковых скоростях и при отсутствии завихрений интенсивно происходят массообменные процессы и эффективная очистка газа при надежном регулировании полузаслонками скорости каждого газового потока.