КАПЛЕУЛОВИТЕЛЬ

Заявляемый объект относится к устройствам для улавливания капельной жидкости из газового потока и может быть использован в металлургии в системах мокрой газоочистки.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранный в качестве прототипа каплеуловитель, содержащий корпус, входную трубу, расширительную насадку, выходную трубу, соединенную с расширительной насадкой, и патрубки для отвода уловленной жидкости из корпуса и расширительной насадки. Входная труба размещена внутри корпуса в его нижней части коаксиально ему, образует с корпусом кольцевую камеру и оборудована на конце завихрителем. Завихритель выполнен в виде закручивающей насадки, направляющие которой жестко зафиксированы в одном положении. Расширительная насадка размещена снаружи корпуса в его верхней части коаксиально ему и образует с корпусом кольцевую камеру. Патрубок для отвода уловленной жидкости из корпуса размещен в дне кольцевой камеры между корпусом и входной трубой, а патрубок для отвода уловленной жидкости из расширительной насадки размещен в дне кольцевой камеры между корпусом и расширительной насадкой (Авт. св. СССР 341530, опубл. 14.06.1972, бюл. 19).
У заявляемого объекта и прототипа совпадают такие существенные признаки. Оба каплеуловителя содержат корпус, входную трубу, размещенную в нижней части корпуса коаксиально ему внутри с образованием кольцевой камеры между корпусом и входной трубой и оборудованную завихрителем, расширительную насадку, размещенную в верхней части корпуса коаксиально ему снаружи с образованием кольцевой камеры между корпусом и насадкой, выходную трубу, соединенную с расширительной камерой, и патрубки для отвода жидкости, размещенные в дне кольцевых камер.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины. В процессе эксплуатации уловленная жидкость с частичками пыли опускается в кольцевые камеры. При этом в силу своей низкой текучести и отсутствии принудительного смыва происходит накопление шлама на стенках и дне кольцевых камер, а также забивание патрубков для отвода уловленной жидкости. Далее происходит переполнение кольцевых камер уловленной жидкостью и их зарастание шламом, что приводит к обратному току уловленной жидкости с пылью, с одной стороны, из корпуса во входной патрубок, а с другой стороны, из расширительной насадки в корпус. В результате этого происходит дополнительное насыщение газового потока и жидкостью, и пылью. Для прочисток и ремонтов необходимо разрезать корпус прототипа, что обуславливает повышение их трудоемкости и увеличение затрат времени на их осуществление. Жесткая фиксация направляющих в закручивающей насадке завихрителя не позволяет регулировать степень закручивания газового потока в зависимости от конкретных условий эксплуатации, а также регулировать его расход. Все это приводит к снижению эффективности улавливания капельной жидкости, к увеличению количества внеплановых остановок каплеуловителя на ремонт и прочистку, к увеличению затрат времени на такой ремонт и прочистку и усложняет эти процессы, а это, в свою очередь, обуславливает снижение надежности работы каплеуловителя в целом.
В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такой каплеуловитель, в котором усовершенствования путем введения новых элементов позволят при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности работы каплеуловителя при упрощении его обслуживания и повышении эффективности улавливания капельной жидкости.
Заявляемый каплеуловитель содержит корпус, входную трубу, размещенную в нижней части корпуса коаксиально ему внутри с образованием кольцевой камеры между корпусом и входной трубой и оборудованную завихрителем, расширительную насадку, размещенную в верхней части корпуса коаксиально ему снаружи с образованием кольцевой камеры между корпусом и насадкой, выходную трубу, соединенную с расширительной насадкой, и патрубки для отвода жидкости, размещенные в дне кольцевых камер. Отличительной особенностью заявляемого каплеуловителя является следующее. Корпус оборудован оросительным устройством, выполненным в виде, по меньшей мере, одной оросительной форсунки и функционально взаимодействующего с ней рассекателя, установленного в кольцевой камере между корпусом и входной трубой. Расширительная насадка также оборудована оросительным устройством, выполненным в виде, по меньшей мере, одной оросительной форсунки и функционально взаимодействующего с ней рассекателя, установленного в кольцевой камере между корпусом и расширительной насадкой. При этом завихритель оборудован поворотными направляющими лопатками, которые в центре закреплены на поворотных валах.
В отдельных случаях использования заявляемый объект характеризуется тем, что:
- оросительные форсунки смонтированы снаружи корпуса и снаружи расширительной насадки диаметрально противоположно патрубкам для отвода жидкости, при этом дно кольцевых камер выполнено наклонным в сторону последних;
- оросительные форсунки дополнительно смонтированы снаружи корпуса и снаружи расширительной насадки над патрубками для отвода жидкости;
- оросительные форсунки оснащены съемными торцевыми заглушками;
- оросительные форсунки выполнены съемными;
- оросительные форсунки выполнены щелевыми или эвольвентными;
- корпус и расширительная насадка оснащены технологическими люками.
При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности работы каплеуловителя. Кроме того, при использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение дополнительного технического результата, заключающегося в повышении эффективности улавливания капельной жидкости из газового потока, в упрощении обслуживания и в сокращении количества внеплановых остановок каплеуловителя на ремонт, в частности на прочистки от отложений, а также в сокращении затрат времени на его обслуживание.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь.
Оборудование корпуса и расширительной насадки оросительными устройствами, каждое из которых выполнено в виде, по меньшей мере, одной оросительной форсунки и функционально взаимодействующего с ней рассекателя, позволяет принудительно смывать уловленную жидкость с частицами пыли со стенок и дна кольцевых камер, обеспечить постоянный ток воды по дну кольцевых камер, постоянную проточность патрубков для отвода жидкости. Все это препятствует образованию шламовых отложений на стенках и дне кольцевых камер, а также забиванию патрубков для отвода жидкости, что, в свою очередь, предотвращает зашламовывание кольцевых камер и выход заявляемого объекта из режима каплеулавливания (очистки газового потока от капель жидкости). При этом использование в оросительных устройствах рассекателей, которые размещены в кольцевых камерах напротив форсунок и которые функционально взаимодействуют с ними, позволяет наиболее эффективно распределять поток орошающей жидкости, повысить эффективность и плотность обмыва стенок и дна кольцевых камер, обеспечивает ограждение входной трубы и корпуса от струи орошающей жидкости. Все это обеспечивает сокращение количества внеплановых остановок каплеуловителя на ремонт, в частности на прочистки от отложений, упрощение обслуживания, а также повышение надежности работы каплеуловителя при повышение эффективности улавливания капельной жидкости из газового потока за счет предотвращения зашламовывания кольцевых камер.
Выполнение завихрителя в виде установленных на конце входной трубы поворотных направляющих лопаток, которые закрепленные в центре на поворотных валах и положение которых может регулироваться в зависимости от технологических особенностей, позволяет регулировать степень закручивания газового потока в каплуловителе, а также осуществлять гибкое регулирование расхода газа, вплоть до полного прекращения его протока путем полного перекрытия входной трубы. В зависимости от условий эксплуатации это способствует упрощению процесса изменения положения направляющих лопаток, повышению эффективности улавливания капельной жидкости из газового потока, а также наиболее эффективному протеканию процессов отброса капель жидкости с частицами пыли к стенкам корпуса и их опускания в кольцевую камеру при предотвращении их зависания с образованием шламовых отложений. Все это обеспечивает сокращение количества внеплановых остановок каплеуловителя на ремонт и прочистку, упрощает обслуживание, а также повышает надежность работы каплеуловителя в целом.
Установка оросительных форсунок снаружи корпуса и снаружи расширительной насадки диаметрально противоположно патрубкам для отвода жидкости и выполнение дна кольцевых камер наклонным в сторону этих патрубков способствует повышению скорости тока орошающей жидкости в кольцевых камерах, повышению скорости протока в патрубках для отвода жидкости, а также дополнительно снижает вероятность зависания (удерживания) шламовых отложений на дне кольцевых камер. Все это обеспечивает сокращение количества внеплановых остановок каплеуловителя на ремонт, в частности на прочистки от отложений, упрощение обслуживания, а также повышение надежности работы каплеуловителя при повышение эффективности улавливания капельной жидкости из газового потока за счет предотвращения зашламовывания кольцевых камер.
За счет дополнительной установки форсунок снаружи корпуса и снаружи расширительной насадки над патрубками для отвода жидкости обеспечивается дополнительный обмыв низа кольцевых камер с диаметрально противоположной стороны от места размещения основных форсунок. Дополнительное распыление воды непосредственно над патрубками для овода уловленной жидкости дополнительно предотвращает их зашламовывание, обеспечивает дополнительное увлажнение и размягчение шламовых отложений, движущихся к патрубкам. Все это обеспечивает сокращение количества внеплановых остановок каплеуловителя на ремонт, в частности на прочистки от отложений, упрощение обслуживания, а также повышение надежности работы каплеуловителя при повышение эффективности улавливания капельной жидкости из газового потока за счет предотвращения зашламовывания низа кольцевых камер и патрубков для отвода уловленной жидкости.
Оборудование оросительных форсунок съемными торцевыми заглушками упрощает и сокращает затраты времени на их прочистку, а также позволяет это делать как при их снятии, так и без их снятия с каплеуловителя. Выполнение оросительных форсунок съемными упрощает процесс их монтажа и демонтажа, например для осуществления прочисток. Использование щелевых или эвольвентных оросительных форсунок обеспечивает наиболее эффективное протекание процессов подачи воды в кольцевые камеры плоским или полым факелом орошения, соответственно, и смыва отложений. Все это обеспечивает повышение надежности работы каплеуловителя, упрощение обслуживания, а также повышение эффективности улавливания капельной жидкости из газового потока за счет предотвращения зашламовывания кольцевых камер и патрубков для отвода уловленной жидкости.
За счет оборудования корпуса и расширительной насадки технологическими люками конструктивно просто обеспечивается возможность осмотра каплеуловиетля при плановых остановках и, в случае необходимости, обслуживание. Все это обеспечивает сокращение количества внеплановых остановок каплеуловителя на ремонт, в частности на прочистки от отложений, упрощение обслуживания, а также повышение надежности работы каплеуловителя при повышении эффективности улавливания капельной жидкости из газового потока за счет своевременно обнаружения отложений и их удаления.
Сущность заявляемого объекта поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фиг. 1 - общий вид каплеуловителя;
- на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
На чертежах проставлены следующие обозначения:
1 - корпус;
2 - входная труба;
3 - расширительная насадка;
4 - выходная труба;
5 - патрубок для отвода жидкости;
6 - патрубок для отвода жидкости;
7 - кольцевая камера;
8 - завихритель;
9 - дно кольцевой камеры;
10 - кольцевая камера
11 - дно кольцевой камеры;
12 - оросительная форсунка;
13 - рассекатель;
14 - оросительная форсунка;
15 - рассекатель;
16 - поворотная направляющая лопатка;
17 - поворотный вал;
18 - технологический люк;
19 - технологический люк;
20 - торцевая заглушка;
21 - оросительная форсунка;
22 - рассекатель;
23 - оросительная форсунка;
24 - рассекатель.
В конкретном примере заявляемый каплеуловитель содержит вертикально установленный цилиндрический корпус 1 с входной трубой 2, расширительной насадкой 3, выходной трубой 4, соединенной с расширительной насадкой 3, патрубком 5 для отвода уловленной жидкости из корпуса 1 и патрубком 6 для отвода уловленной жидкости из расширительной насадки 3. Входная труба 2 размещена внутри корпуса 1 в его нижней части коаксиально с образованием кольцевой камеры 7 между корпусом 1 и входной трубой 2 и оборудована на конце завихрителем 8. Патрубок 5 для отвода уловленной жидкости из корпуса 1 размещен в дне 9 кольцевой камеры 7. При этом дно 9 кольцевой камеры 7 выполнено наклонным в сторону патрубка 5, а патрубок 5 размещен в дне 9 так, что его ось совпадает с линией наклонного дна 9. Расширительная насадка 3 размещена снаружи корпуса 2 в его верхней части коаксиально с образованием кольцевой камеры 10 между корпусом 1 и расширительной насадкой 3. Патрубок 6 для отвода уловленной жидкости из расширительной насадки 3 размещен в дне 11 кольцевой камеры 10. При этом дно 11 кольцевой камеры 10 выполнено наклонным в сторону патрубка 6, а патрубок 6 размещен в дне 11 так, что его ось совпадает с линией наклонного дна 11.
Корпус 1 оборудован оросительным устройством, которое представляет собой функционально взаимодействующие между собой оросительную форсунку 12 и рассекатель 13. Оросительная форсунка 12 установлена снаружи корпуса 1 вблизи дна 9 диаметрально противоположно патрубку 5 для отвода жидкости, а рассекатель 13 установлен в кольцевой камере 7 напротив форсунки 12 и закреплен на входной трубе 2 и дне 9, при этом его боковые части выполнены вогнутыми к входной трубе 2, а рассекающая грань совмещена с осью оросительной форсунки 12 (фиг. 2).
Расширительная насадка 3 также оборудована оросительным устройством, которое представляет собой функционально взаимодействующие между собой оросительную форсунку 14 и рассекатель 15. Оросительная форсунка 14 установлена снаружи расширительной насадки 3 вблизи дна 11 диаметрально противоположно патрубку 6 для отвода жидкости, а рассекатель 15 установлен в кольцевой камере 10 напротив форсунки 14, закреплен на корпусе 1 и дне 11, при этом его боковые части выполнены вогнутыми к корпусу 1, а рассекающая грань совмещена с осью оросительной форсунки 14.
В зависимости от конкретных условий эксплуатации, размеров каплеуловителя и расчетного расхода газа оросительное устройство корпуса 1 и оросительное устройство расширительной насадки 3 может быть оснащено несколькими оросительными форсунками и функционально взаимодействующими с ними рассекателями, которые могут быть установлены в заданных точках по окружности корпуса 1 и расширительной насадки 3.
Завихритель 8 выполнен в виде поворотных направляющих лопаток 16 для закручивания газового потока, которые размещены на конце входной трубы 2 и закреплены своей центральной частью на поворотных валах 17. Каждая лопатка 16 закреплена на своем отдельном поворотном валу 17. Поворотные валы 17 установлены соосно в корпусе 1, входной трубе 2 и центральной опоре завихрителя 8 с обеспечением газоплотности и возможности поворота вокруг своей оси для изменения положения лопаток 16.
Кроме того, корпус 1 в нижней части над завихрителем 10 оснащен технологическим люком 18, а расширительная насадка 3 в области верхнего окончания корпуса 1 оснащена технологическим люком 19.
Оросительные форсунки 12 и 14 оснащены съемными торцевыми заглушками 20, закрепленными, например, с помощью фланце-болтового соединения.
В отдельных случаях исполнения (фиг. 3) корпус 1 может быть дополнительно оснащен оросительной форсункой 21 и функционально взаимодействующим с ней рассекателем 22, а расширительная насадка 3 может быть дополнительно оснащена оросительной форсункой 23 и функционально взаимодействующим с ней рассекателем 24. Оросительная форсунка 21 установлена снаружи корпуса 1 вблизи дна 9 над патрубком 5 для отвода жидкости диаметрально противоположно форсунке 12, а рассекатель 22 установлен в кольцевой камере 7 напротив форсунки 21, закреплен на входной трубе 2 и дне 9, при этом его боковые части выполнены вогнутыми к входной трубе 2, а рассекающая грань совмещена с осью оросительной форсунки 21. Оросительная форсунка 23 установлена снаружи расширительной насадки 3 вблизи дна 11 над патрубком 6 диаметрально противоположно форсунке 14, а рассекатель 24 установлен в кольцевой камере 10 напротив форсунки 23, закреплен на корпусе 1 и дне 11, при этом его боковые части выполнены вогнутыми к корпусу 1, а рассекающая грань совмещена с осью оросительной форсунки 23. Оросительные форсунки 21 и 23 также оснащены торцевыми заглушками 20, закрепленными, например, с помощью фланце-болтового соединения.
В зависимости от условий эксплуатации оросительные форсунки 12, 14, 21, 23 могут устанавливаться как стационарно (выполняются несъемными, например приварены), так могут быть выполнены и съемными, например закреплены с помощью фланце-болтового соединения.
В зависимости от условий эксплуатации оросительные форсунки 12, 14, 21, 23 могут быть выполнены щелевыми или эвольвентными. В конкретном примере изготовления оросительные форсунки 12, 14, 22, 23 выполнены щелевыми.
Заявляемый объект работает следующим образом. Газовый поток со взвешенными каплями жидкости по входной трубе 2 поступает в завихритель 8, проходит через поворотные направляющие лопатки 16 и закручивается, капли жидкости из газового потока отбрасываются к стенкам корпуса 1, стекают вниз и по наклонному дну 9 кольцевой камеры 7 направляются к патрубку 5, через который и отводятся. При изменении положения поворотных направляющих лопаток 16 в завихрителе 8 обеспечивается возможность регулирования, например при наладке, степени закручивания газового потока для повышения эффективности улавливания капельной жидкости и сокращения выноса капель с частицами шлама. Такое регулирование может осуществляться как при наладке, так и в процессе эксплуатации заявляемого каплеуловителя, как автоматически с помощью системы электроавтоматики (на чертежах не показана), так и в ручном режиме. Кроме того, лопатки 16 обеспечивают возможность регулирования расхода газа за счет изменения сечения входного патрубка 2 для прохода газового потока, вплоть до полного его перекрытия. При попадании закрученного газового потока из корпуса 1 в большую по диаметру расширительную насадку 3 происходит внезапное расширение газового потока и снижение скорости его движения. В следствие этого происходит отрыв пленки влаги, которая газовым потоком перемещается по внутренней поверхности корпуса 1 в сторону выходного патрубка 4, последующее опускание жидкости по стенкам кольцевой камеры 10 вниз и ее стекание по наклонному дну И кольцевой камеры 10 к патрубку 6, через который она и отводится. Далее после расширительной насадки 3 газовый поток отводится из каплеуловителя по выходной трубе 4.
В процессе эксплуатации заявляемого каплеуловителя из оросительной форсунки 12 в кольцевую камеру 7 постоянно подается вода, которая рассекателем 13 равномерно распределяется по наклонному дну 9. Образовавшиеся потоки устремляются от рассекателя 13 вправо и влево по кольцевой камере 7, обеспечивая обмывание входной трубы 2 со стороны кольцевой камеры 7 и дна 9. При этом обеспечивается постоянная проточность воды по дну 9 кольцевой камеры 7, ее обмыв, принудительный смыв уловленной жидкости с частицами шлама в патрубок 5, а также предотвращается образование застойных зон для накопления шлама, в частности в зоне примыкания дна 9 к входной трубе 2, и предотвращение зашламовывания парубка 5.
При дополнительном оборудовании корпуса 1 оросительной форсункой 21, которая расположена диаметрально противоположно форсунке 12 над патрубком 5 и функционально взаимодействует с рассекателем 22, обеспечивается дополнительный обмыв кольцевой камеры 7 с диаметрально противоположной стороны места размещения форсунки 12. Образовавшиеся потоки устремляются от рассекателя 22 вправо и влево по кольцевой камере 7, обеспечивая обмывание входной трубы 2 со стороны кольцевой камеры 7 и дна 9. При этом потоки опускаются по входной трубе 2 на дно 9, дополнительно повышая эффективность обмыва и обеспечивая проточность воды по дну 9 кольцевой камеры 7. Дополнительное распыление воды непосредственно над патрубком 5 предотвращает накопления шлама в его области и дополнительно предотвращает его зашламовывание, обеспечивает дополнительное увлажнение и размягчение шламовых отложений, движущихся к патрубку 5. В частности происходит разбивание и уменьшение размеров шламовых конгломератов. Это предотвращает накопление шламовых отложения в нижней части кольцевой камеры.
Аналогичные процессы происходят и в кольцевой камере 10 расширительной насадки 3 при орошении из оросительной форсунки 14 (фиг. 1) или же совместном орошении из оросительной форсунки 14 и оросительной форсунки 23, которая размещена диаметрально противоположно к оросительной форсунке 14 над патрубком 6 для отвода жидкости (фиг. 3).
Постоянный смыв предотвращает образование крупных конгломератов шлама, отрыв которых и скатывание которых по наклонному дну 9 и/или 11 могло бы привести к перекрытию патрубка 5 и/или 6, последующему переполнению кольцевых камер 7 и/или 10 уловленной жидкостью с частицами шлама и выводу заявляемого объекта из процесса каплеулавливания.
Использование щелевых форсунок обеспечивает обмывание кольцевых камер 7 и 10 целостным факелом орошения и наиболее целесообразно для газового потока с большим остаточным содержанием тяжелых частиц пыли, которые в большой степени склонны к зависанию и образование крупных конгломератов. Использование эвольвентных форсунок обеспечивает обмывание кольцевых камер 7 и 10 полым факелом орошения и наиболее целесообразно для газового потока с небольшим остаточным содержанием частиц пыли, которые достаточно легко смываются.
В процессе эксплуатации осмотр и обслуживание, например прочистка, внутренних частей заявляемого каплеуловителя осуществляется через технологические люки 18 и 19, что упрощает и сокращает затраты времени на эти операции.
В процессе эксплуатации оросительные форсунки 12, 14, 21 и 23 нуждаются в прочистке или замене. Оборудование форсунок съемными торцевыми заглушка 20 упрощает и сокращает затраты времени на прочистку, которая может производится как со снятием, так и без снятия форсунок с каплеуловителя. А установка форсунок снаружи корпуса и расширительной насадки, а также их выполнение съемными упрощает процесс осмотра их состояния, а также монтажа и демонтажа при сокращении затрат времени.
За счет предотвращения образования шламовых отложений в кольцевых камерах 7 и 10 и забивания патрубков 5 и 6 для отвода уловленной жидкости, а также за счет упрощения осмотров и обслуживания обеспечивается повышение надежности работы заявляемого каплеуловителя, сокращение количества его внеплановых остановок на ремонты и повышение эффективности улавливания капельной жидкости