Устройство для мокрой очистки и утилизации теплоты воздуха и дымовых газов

Полезная модель относится к технике мокрого пылеулавливания, а также утилизации теплоты дымовых газов и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где требуется очистка больших объёмов дымовых газов, очистка воздуха в задымлённых цехах промышленных предприятий от токсичных элементов, окислов серы, азота, углерода и т п., например в химической, нефтегазовой промышленности, при утилизации мусора методом сжигания.
Многие технологические процессы предприятий химической и нефтегазовой отраслей промышленности сопровождаются образованием пыли и вредных газов, что приводит к загрязнению окружающей воздушной среды вредными технологическими пылегазовоздушными выбросами. Поэтому защита от вредных технологических пылегазовоздушных выбросов атмосферного воздуха, который необходим для жизни людей, животного и растительного мира, а также служит основой многих технологических процессов, является важнейшей экологической проблемой
Требования к качеству окружающей воздушной среды постоянно растут. В связи с этим необходимо целенаправленно разрабатывать и внедрять более совершенное оборудование для очистки пылегазовоздушных выбросов предприятий различных отраслей промышленности
Повышение эффективности очистки газа от мелкодисперсной пыли производят укрупнением частичек пыли путем их смачивания. Такой процесс называется мокрой очисткой газов от пыли. В данном процессе обеспечивается контакт запыленного газового потока с жидкостью. Метод мокрой очистки воздуха от пыли считается простым и весьма эффективным способом обеспыливания газовых смесей. В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего применяется технологическая вода.
Мокрые пылеуловители обладают рядом преимуществ перед аппаратами других типов:
более высокая эффективность улавливания частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;
возможность охлаждения и увлажнения удаляемых газов без дополнительных затрат;
возможность применения метода для очистки высокотемпературных газовых потоков;
оборудование мокрой очистки газов обладает сравнительно небольшой капитальной стоимостью относительно других типов оборудования пылеочистки,
и обеспечивает снижение выбросов токсинов, кислот, азота, углерода.
Известен способ очистки воздуха (RU, 2284847, B01D47/02, публ.10.10.2006), заключающийся в том, что загрязненный газовый поток подают через входной патрубок, расположенный в корпусе, причем один из срезов патрубка располагают с зазором над зеркалом жидкости, находящейся в резервуаре, и создают псевдокипение жидкости с образованием газожидкостной взвеси. Затем отводят газожидкостную взвесь в сепаратор жидкой фазы, освобождают газовый поток от капель жидкости и отводят его через выходной патрубок, а образовавшийся шлам отводят через трубу, расположенную на дне корпуса. Загрязненный газовый поток подают через цилиндрический патрубок, в верхних слоях жидкости размещают вибратор и закрепляют его к корпусу посредством упругой перфорированной мембраны, а образование газожидкостной взвеси дополнительно усиливают созданием виброкипящего слоя в верхних слоях жидкости. Устройство для очистки воздуха содержит корпус, патрубок для ввода запыленного газа и патрубок для выхода очищенного газа, резервуар с жидкостью, смывное сопло и трубу для отвода шлама, при этом патрубок для ввода запыленного газа выполнен цилиндрическим, а в верхних слоях жидкости размещен вибратор, закрепленный к корпусу посредством упругой перфорированной мембраны.
Недостатком является сравнительно невысокая эффективность процесса пылеулавливания.
Известен способ мокрой очистки воздуха от пыли, который заключается в подаче загрязненного потока воздуха в определенный объем жидкости (RU, 2071671, В09С 1/00, 10.01.1997).
Недостатком известного способа является то, что при прохождении загрязненного воздуха через объем жидкости формируются пузыри, часть пыли осаждается на стенке пузыря и поступает в очищающую воду, а основная часть находится внутри объема пузыря. При всплытии пузыря на поверхность жидкости он лопается и находящаяся внутри пыль вылетает в постоянно восходящий поток очищаемого воздуха, за счет чего происходит недостаточная эффективность его очистки. К недостаткам известного способа также относится периодичность процесса очистки воздуха, связанная с необходимостью периодической замены отработанной очищающей воды.
Известно устройство для очистки и утилизации отходящих дымовых газов (RU, 2388518, B01D47/02, публ.10.05.2010). Изобретение относится к золоуловителям и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Устройство содержит корпус, входной патрубок, выходной патрубок, осадительную камеру, снабженную разделительной перегородкой, причем нижняя часть разделительной перегородки имеет продольные пазы с постоянным шагом. Входной патрубок снабжен оросителем, выполненным в виде коллектора с вихревыми форсунками. В нижней части камеры размещен теплообменный аппарат, выполненный в виде трубчатого змеевика. Устройство снабжено влагоотделителем с тангенциальным вводом.
Недостатком золоуловителя является сравнительно невысокая степень ресурсосбережения и очистки дымовых газов.
Известно устройство для очистки воздуха в виброкипящем слое жидкости (RU, 2630087, B01D47/06, публ.05.09.2017), содержащее корпус, патрубок для ввода запыленного газа и патрубок для выхода очищенного газа, резервуар с жидкостью, смывное сопло и трубу для отвода шлама, патрубок для ввода запыленного газа выполнен цилиндрическим, а в верхних слоях жидкости размещен вибратор, закрепленный к корпусу посредством упругой перфорированной мембраны, отличающееся тем, что на внутренней поверхности корпуса с зазором относительно цилиндрической части патрубка для ввода запыленного газа закреплено оросительное устройство в виде кольца с форсунками, расположенными своей распылительной частью в сторону вибратора, при этом каждая из форсунок содержит 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, причем в рассекателе осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника выполнено дроссельное отверстие, при этом к втулке в ее нижней части соосно прикреплен внешний диффузор, а к нижнему основанию усеченного конуса распылителя соосно прикреплен внутренний.
Недостатком является недостаточная эффективность очистки при повышенной сложности конструкции устройства.
3
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению (прототипом) является способ мокрой очистки воздуха пылеуловителем – форсуночным скруббером (И.Жмыхов, А.Челноков, А.Мирончик. Инженерные методы охраны атмосферного воздуха. Изд. Litres, публ.5сент.2017, стр.182-183) Запылённый газовый поток поступает в скруббер по патрубку и направляется на зеркало воды, где осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Газовый поток и мелкодисперсная пыль, распределяясь по всему сечению корпуса, поднимаются верх навстречу потоку капель, подаваемых в скруббер через форсуночные пояса. Удельный расход воды в форсуночных скрубберах составляет 3,0…6,0 л/м. Общая эффективность очистки, получаемая на форсуночных скрубберах, невысока, в пределах 0,6…0,7. В форсуночных скрубберах эффективно улавливаются частицы размером более 10 мкм. Одновременно с очисткой газ, проходящий через форсуночный скруббер, охлаждается и насыщается до состояния насыщения. В аппаратах центробежного типа частицы пыли отбрасываются на плёнку жидкости центробежными силами, возникающими при вращении газового потока в аппарате за счёт тангенциального расположения входного патрубка в корпусе аппарата. Планка жидкости толщиной не менее 0,3 мм создаётся подачей воды через сопла и непрерывно стекает вниз, увлекая в бункер частицы пыли. Эффективность очистки газа от пыли в аппаратах такого типа зависит главным образом от диаметра корпуса аппарата, скорости газа во входном патрубке и дисперсности пыли.
Недостатком прототипа является то, что применяемые для распыления форсунки создают неравномерное орошение газового потока, а также образование водяной аэрозоли, которая поступает в атмосферу. Для эффективного применения способа, требуется дополнительная установка влагоотделителя.
Ещё одним недостатком прототипа является необходимость использования высоколегированных материалов из-за значительного износа корпуса устройства вследствие трения мокрых пылевых частиц о его стенки.
для
Технической задачей полезной модели является создание высокоэффективного устройства мокрой очистки газов от пыли, золы, кислот, азота, углерода, а также утилизации тепла из отводящих газов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что известное устройство для мокрой очистки и утилизации теплоты воздуха и дымовых газов, состоящее из трубообразного полого корпуса из легированной стали, в нижней части заполненного водой, входного патрубка для подачи загрязнённого газа, выходного патрубка для выпуска чистого газа, трубы для отвода шлама, насоса для подачи воды из нижней части корпуса в верхнюю часть для прохождения через перфорированную пластину, установленную строго горизонтально и обязательно на решётке, во избежание прогиба. В противном случае, эффект очистки снижается. Вода проходит сквозь перфорированную пластину и в свободном падении выливается на дно, образуя равномерно расположенные вертикальные струи. Поступающий в корпус для очистки газ проходит через струи воды, частично очищается и передаёт тепло воде.
Полезная модель поясняется чертежами:
на фиг.1 - схематично показан фрагмент устройства (верхняя часть);
на фиг.2 - общий вид устройства.
Устройство для мокрой очистки и утилизации теплоты воздуха и дымовых газов содержит трубообразный корпус 1, частично заполненный в нижней части водой 2, патрубок 3 для ввода запыленного газа и патрубок 4 для выхода очищенного газа, трубу 5 для отвода шлама, насос 6 для подачи воды из нижней части корпуса 1 в его верхнюю часть, установленную на решётке 7 в строго горизонтальном положении перфорированную пластину 8.
Устройство работает следующим образом.
Полый корпус 1 устройства для мокрой очистки и утилизации теплоты воздуха и дымовых газов устанавливается на существующую дымовую трубу 9 (фиг.2) или вновь изготовленную дымовую трубу.
Вода из нижней части корпуса 1 подаётся насосом 6 в верхнюю часть, где после прохождения через перфорированную пластину 8, установленную горизонтально на решётке 7, вода в свободном падении выливается на дно корпуса. Подлежащий очистке газ (воздух) поступает в корпус 1 через входной патрубок 3. При прохождении тёплого воздуха через струи воды происходит передача тепла и частичная очистка воздуха. (Для более высокой очистки меняется площадь отверстий).
Площадь перфорированного листа и диаметр отверстий зависит от производительности насоса и рассчитывается в зависимости от цели.
Пример:
Размер пластины
Площадь перфорации
Насос
Эл.энергия
600·600
36%
60 м<sup>3</sup>/час
1,1 кВт
600·1200
120 м<sup>3</sup>/час
2,4 кВт
При данном способе очень высокий КПД теплопередачи.
Для очистки исходящих газов на крупных предприятиях площадь отверстий перфорированных листов и высота установки рассчитывается по месту. Сопротивление прохождения дымовых газов через установку меняется незначительно.
Устройство требует минимальных затрат на обслуживание. Спектр применения устройства очень велик: используется для очистки воздуха в торговых центрах, вокзалах, на производствах химической, металлургической промышленности, в животноводстве, птицеводстве, на мусоросжигательных заводах.
Таким образом, реализация полезной модели решает поставленные автором задачи.