СКРУББЕР С ДВИЖУЩЕЙСЯ НАСАДКОЙ
SCRUBBER WITH MOVING NOZZLE

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 скруббер с подвижной насадкой, известный из патента РФ №2280492 (прототип), содержащий корпус с патрубками для запыленного и очищенного газа, оросительное устройство, нижнюю опорно-распределительную тарелку и верхнюю ограничительную тарелку, между которыми расположен слой насадка, и устройство для отвода шлама.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса пылеулавливания за счет недостаточно развитой поверхности насадка.
Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пылеулавливания, а также снижение металлоемкости и виброакустической активности аппарата в целом.
Это достигается тем, что в скруббере с движущейся насадкой, содержащим корпус с патрубками для запыленного и очищенного газа, оросительное устройство, выполненное в виде коллектора с форсунками, нижнюю опорно-распределительную тарелку и верхнюю ограничительную тарелку, между которыми расположен слой насадка, брызгоуловитель и устройство для отвода шлама, нижняя опорно-распределительная и верхняя ограничительная тарелки и насадка выполнены из упругих материалов, а на верхней и нижней тарелках установлен вибратор, а каждая из форсунок содержит корпус, который выполнен полым, осесимметричным, ось которого перпендикулярна оси отверстия трубы коллектора, а по форме корпус выполнен в виде тела вращения, образованного кривой второго порядка, например сферическим, в виде усеченного эллипсоида или параболоида вращения, а со стороны проточного отверстия трубы коллектора в форсунке установлен спрямляющий элемент, выполненный в виде кольца, имеющего центральную втулку, с которой жестко соединены, радиально расположенные, по крайней мере, три лопасти, соединенные с корпусом форсунки, причем корпус выполнен с двумя, противоположно расположенными, перпендикулярно оси форсунки, уступами, посредством которых через хомуты с замками форсунка закрепляется на коллекторе, при этом в нижней части корпуса форсунки выполнено коническое дроссельное отверстие, соединенное с камерой смешения, которая расположена между дроссельным отверстием и спрямляющим элементом, а на внутренней поверхности камеры смешения имеются винтообразные канавки, насадка выполнена в виде цилиндрического кольца, к боковой поверхности которого оппозитно друг другу прикреплены две полусферические поверхности таким образом, что диаметральные плоскости полусфер совпадают соответственно с верхним и нижним основаниями цилиндрического кольца, а вершины полусферических поверхностей находятся на оси кольца и направлены навстречу друг другу.
На фиг. 1 изображен скруббер с подвижной насадкой, на фиг. 2 - форма насадки, на фиг. 3 - схема форсунки, на фиг. 4 - сечение насадки в виде шариков с выемками, на фиг. 5 - сечение насадки в виде шариков с дополнительными элементами на внешней поверхности, на фиг. 6 - вариант насадки в виде полусферических поверхностей, на фиг. 7-10 - варианты насадки.
Скруббер с движущейся насадкой содержит корпус 1 с патрубками 2 и 3 соответственно для запыленного и очищенного газа (воздуха), оросительное устройство, содержащее коллектор 7 с форсунками 9, нижнюю опорно-распределительную тарелку 4 и верхнюю ограничительную тарелку 6, между которыми расположен слой насадка 5, брызгоуловитель и устройство для отвода шлама 8 (фиг. 1). Нижняя 4 опорно-распределительная и верхняя 6 ограничительная тарелки и насадка 5 выполнены из упругих материалов. На нижней опорно-распределительной тарелке 4 может быть установлен вибратор (на чертеже не показано). На верхней ограничительной тарелке 6 может быть установлен вибратор (на чертеже не показано). На нижней 4 опорно-распределительной и верхней 6 ограничительной тарелках может быть установлено по вибратору (на чертеже не показано).
Брызгоуловитель выполнен в виде концентрично расположенных цилиндрических колец толщиной 1…2 мм, и с расстоянием между ними 3…4 мм. Брызгоуловитель выполнен в виде концентрично расположенных колец, имеющих в сечении, проходящем через ось кольца, зигзагообразный профиль, например синусоидальный, причем толщина колец 1…2 мм, а расстояние между ними 3…4 мм. Брызгоуловитель выполнен в виде концентрично расположенных колец, имеющих в сечении, проходящем через ось кольца, профиль, состоящий из последовательно соединенных кругов, причем толщина колец по максимальной толщине 3…4 мм, а расстояние между ними 4…5 мм (на чертеже не показано).
Чтобы повысить степень очистки газового потока от пыли или целевого компонента за счет увеличения площади контакта запыленного потока с насадкой 5 (фиг. 2), элемент насадки выполнен в виде цилиндрического кольца, к боковой поверхности 10 которого оппозитно друг другу прикреплены две полусферические поверхности 11 таким образом, что диаметральные плоскости полусфер совпадают соответственно с верхним 12 и нижним основаниями цилиндрического кольца, а вершины полусферических поверхностей находятся на оси кольца и направлены навстречу друг другу.
Возможно выполнение насадки с перфорацией 13 как на боковой поверхности 10, так и на полусферических поверхностях 11.
Насадка 5 может быть выполнена из пористых полимерных материалов, стекла, пористой резины, композиционных материалов, древесины, нержавеющей стали, титановых сплавов, благородных металлов.
Форсунка 9 для распыливания жидкости (абсорбента) расположена на коллекторе 7, имеющего проточное отверстие 14. Каждая из форсунок (фиг. 3) выполнена в виде полого, осесимметричного корпуса 15, ось которого перпендикулярна оси коллектора 7, а по форме корпус выполнен в виде тела вращения, образованного кривой второго порядка, например сферическим, в виде усеченного эллипсоида или параболоида вращения и др. Со стороны проточного отверстия 14 трубопровода в форсунке установлен спрямляющий элемент 19, который демпфирует турбулентность потока жидкости, идущей от трубопровода к форсунке. Спрямляющий элемент выполнен в виде кольца, имеющего центральную втулку 19, с которой жестко соединены, радиально расположенные, по крайней мере, три лопасти 20, соединенные с корпусом 15 форсунки. Корпус 15 выполнен с двумя, противоположно расположенными, перпендикулярно оси форсунки, уступами 18, посредством которых через хомуты 16 с замками 17 форсунка закрепляется на коллекторе 7. В нижней части корпуса 15 форсунки выполнено коническое калиброванное дроссельное отверстие 22, соединенное с камерой смешения 21, которая расположена между отверстием 22 и спрямляющим элементом. Камера смешения 21 предназначена для образования вихревого турбулентного потока, формировавшегося на выходе из отверстия 22 форсунки. Для этой цели на внутренней поверхности камеры смешения имеются винтообразные канавки (на чертеже не показано), которые могут быть образованы токарной обработкой по копиру, или получены литьевым способом. В результате этого на выходе из форсунки образуется мелкодисперсный и равномерный факел распыла жидкости.
Насадка может быть выполнена из шариков, т.е. ее выполняют шарообразной формы (фиг. 4), в котором выполнены несквозные радиальные выемки, причем выемки имеют форму цилиндрической, конической, сферической поверхностей, или любой поверхности тел вращения, например параболоид, эллипсоид.
Насадка может быть выполнена полой шарообразной формы (фиг. 5), на внешней поверхности которой имеются дополнительные элементы в виде сферических, конических поверхностей, или любой поверхности тел вращения, например параболоид, эллипсоид, а внутренняя шарообразная поверхность насадки соединена с внешней посредством, по крайней мере, трех каналов.
Чтобы повысить степень очистки газового потока от пыли или целевого компонента за счет увеличения площади контакта запыленного потока с насадкой 5 (фиг. 6), элемент насадки выполнен в виде, по крайней мере, трех, коаксиально расположенных полусферических поверхностей 23, 24, 25, соединенных между собой с зазором посредством крепежного элемента, например в виде болта 26 с гайкой 27, через осесимметрично расположенные, простановочные элементы 28 и 29, например в виде колец. Между полусферическими поверхностями 23, 24, 25 закреплены на простановочных элементах гофрированные элементы 30 и 31, имеющие форму образующей поверхности, эквидистантную полусферическими поверхностям. Гофрированные элементы 30 и 31 могут быть выполнены перфорированными (на чертеже не показано). Полусферические поверхности элемента насадки могут быть выполнены перфорированными.
Простановочные элементы 28 и 29 могут быть выполнены в виде цилиндрических винтовых пружин (на чертеже не показано).
Возможен вариант, когда насадка выполнена решетчатой структуры (фиг. 7 и 8), вписанной в окружность, и состоящей из, по крайней мере, двух несущих пластин, расположенных по хордам окружности, вблизи ее диаметра, которые перпендикулярно соединены с, по крайней мере, двенадцатью дополнительными, параллельными между собой пластинами, выполненными в параллельном направлении хорд окружности, с равномерным распределением по ее диаметру.
Возможен вариант, когда насадка выполнена в виде цилиндрического кольца и решетчатой структуры, которые выполнены с перфорацией на образующих их поверхностях.
Возможен вариант, когда насадка выполнена в виде в виде цилиндрического кольца, на боковых, внутренней и наружной поверхностях, которого выполнена винтовая нарезка (на чертеже не показано) в противоположных направлениях (фиг. 9).
Возможен вариант, когда насадка выполнена в виде в виде шара, на поверхности которого выполнены несквозные отверстия полусферической формы (фиг. 10).
Скруббер с движущейся насадкой работает следующим образом.
Запыленный газовый поток поступает в корпус 1, через ввод запыленного газового потока 2, и встречает на своем пути завесу из насадки 5, которая смачивается водой или другим абсорбентом из оросительного устройства, выполненного в виде коллектора 7 с форсунками 9. Для удаления шлама применено устройство 8 для удаления шлама в виде канала в днище корпуса или отдельного механизма. Для обеспечении свободного перемещения насадки 5 в газожидкостной смеси ее плотность не должна превышать плотности жидкости. Процесс пылеулавливания протекает в оптимальном гидродинамическом режиме газопромывателя, характеризующимся режимом полного развитого псевдоожижения. Для интенсификации гидродинамического режима на нижней опорно-распределительной тарелке 4 может быть установлен вибратор (на чертеже не показан), или верхней ограничительной тарелке 6 может быть установлен вибратор (на чертеже не показан), или одновременно на нижней 4 опорно-распределительной и верхней 6 ограничительной тарелках может быть установлено по вибратору (на чертеже не показаны). Это позволит скрубберу перейти в режим вибропсевдоожиженного слоя, при котором увеличится эффективность взаимодействия насадка 5, орошаемого жидкостью, с газовой фазой, а, следовательно, и увеличит эффективность работы аппарата в целом. Выполнение насадки 5, нижней 4 опорно-распределительной и верхней 6 ограничительной тарелок из упругого материала позволит при определенных условиях создавать режим колебаний или автоколебаний, который также будет способствовать увеличению эффективности взаимодействия насадка 5 с орошаемой жидкостью. При этом для снижения виброакустической активности аппарата и его металлоемкости, а также повышения его надежности в предлагаемом устройстве предусмотрены следующие мероприятия: на поверхности деталей нанесен слой мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17 (на чертеже не показано), причем соотношение между толщиной металла и вибродемпфирующего покрытия находится в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…4).
Форсунка 9 оросительного устройства работает следующим образом.
Жидкость под давлением поступает со стороны проточного отверстия 14 коллектора 7 в форсунку и встречает на своем пути спрямляющий элемент 19, который демпфирует турбулентность потока жидкости, идущей от коллектора к форсунке. Камера смешения 21 предназначена для образования вихревого турбулентного потока, формировавшегося на выходе из отверстия 22 форсунки, в результате чего на выходе из форсунки образуется мелкодисперсный и равномерный факел распыла жидкости. Форсунка проста в изготовлении и обслуживании.
Скруббер может быть применен для очистки от тонкой фракции пыли и увлажнения воздуха в вентиляционных установках и установках кондиционирования воздуха, а также при улавливании туманов, хорошо растворимой пыли, а также при совместном протекании процессов пылеулавливании, охлаждения газов и абсорбции насадочных газопромывателей. Эффективность предлагаемой конструкции насадочного скруббера увеличивается за счет большей поверхности взаимодействия насадка в вышеуказанных процессах, а также оптимизации гидродинамической обстановки, и составляет при улавливании пылевых частиц размером больше 2 мкм порядка 97%.