БАРБОТАЖНО-ВИХРЕВОЙ АППАРАТ С ПАРАБОЛИЧЕСКИМ ЗАВИХРИТЕЛЕМ ДЛЯ МОКРОЙ ОЧИСТКИ ГАЗА
AIR LIFT VORTEX APPARATUS WITH PARABOLIC SWIRLER FOR WET GAS CLEANING

Изобретение относится к устройствам для мокрой очистки газовых выбросов и может быть использовано в химической, нефтяной и других отраслях промышленности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является барботажно-вихревой аппарат для мокрой очистки газа, содержащий циклон, цилиндрическую камеру с входной трубой, трубу перетока шлама в шламосборник, осевой ороситель, перфорированный по всей длине отверстиями малого диаметра и заглушенный с выходного конца, в отличие от прототипа цилиндрическая камера снабжена парой завихрителей, установленных последовательно, первый по ходу газа завихритель жестко скреплен с осевым оросителем, а второй по ходу газа завихритель выполнен с центральным отверстием и соединен со стенками цилиндрической камеры, образуя зазор для прохождения газового потока к центральной зоне аппарата, при этом завихрители выполнены в форме эллиптического параболоида, направляющие лопасти которого изогнуты по винтовой поверхности и образуют криволинейные конфузорные каналы (Патент РФ №2382680, прототип).
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность пылегазоочистки за счет отсутствие второй, мокрой фазы пылегазоочистки в циклоне, который представлен аппаратом сухого, а не мокрого пылеулавливания.
Технический результат - повышение эффективности пылегазоочистки за счет организации вращательного движения пылегазового потока, более эффективного использования действия центробежных сил и применения в качестве второй, мокрой фазы пылегазоочистки мокрого пылеуловителя на выходе из аппарата, что в целом позволяет повысить эффективность аппарата и улучшить защиту окружающей среды.
Это достигается тем, что в барботажно-вихревом аппарате с параболическим завихрителем для мокрой очистки газа, содержащим цилиндрическую камеру с входной трубой, трубу перетока шлама в шламосборник, осевой ороситель, перфорированный по всей длине отверстиями малого диаметра и заглушенный с выходного конца, цилиндрическая камера снабжена парой завихрителей, установленных последовательно, первый по ходу газа завихритель жестко скреплен с осевым оросителем, а второй по ходу газа завихритель выполнен с центральным отверстием и соединен со стенками цилиндрической камеры, образуя зазор для прохождения газового потока к центральной зоне аппарата, при этом завихрители выполнены в форме эллиптического параболоида, направляющие лопасти которого изогнуты по винтовой поверхности и образуют криволинейные конфузорные каналы, при этом цилиндрическая камера присоединена с наклоном к циклону, с помощью фланцев и патрубка тангенциального ввода в циклон, при этом отвод дисперсных частиц осуществляется при помощи трубы перетока шлама в шламосборник аппарата, циклон выполнен в виде аппарата мокрого пылеулавливания, а в патрубке тангенциального ввода в циклон установлен ввод жидкости с форсункой для смыва образующейся от вращающегося газожидкостного потока подвижной пены, а в циклоне, в верхней части корпуса установлен кольцевой ороситель с, по крайней мере, тремя форсунками, соединенный трубопроводом с вводом жидкости для смыва образующейся подвижной пены, при этом очищенный газ поступает через выхлопную трубу циклона, а шлам - в бункер для его сбора из циклона, а затем в шламосборник, при этом форсунка кольцевого оросителя в циклоне содержит содержит цилиндрический полый корпус с каналом для подвода жидкости, в котором закреплен распылитель, состоящий из трех дросселирующих элементов, при этом распылитель выполнен в виде, оппозитно расположенных вершинами, и осесимметричных полых конических завихрителей: верхнего и нижнего, при этом коническая обечайка нижнего завихрителя фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц, закрепленных одним концом на конической обечайке нижнего завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке канала форсунки, выполненной на его внутренней поверхности, а вершина конической поверхности конической обечайки верхнего завихрителя крепится на круглой перфорированной пластине, установленной в кольцевой канавке канала форсунки, и опирающейся на вершину нижнего завихрителя, закрепленного в канале форсунки посредством спиц, при этом на внешних поверхностях полых конических завихрителей выполнены сквозные винтовые нарезки, а дросселирующий эффект распылителя в целом определяется суммарной пропускной способностью составляющих его элементов, причем для получения мелкодисперсного распыла суммарную пропускную способность верхнего завихрителя и перфорированной пластины выполняют большей, чем у нижнего завихрителя, а к нижней торцевой поверхности цилиндрического полого корпуса закреплен диффузор, с установленной на его срезе круглой перфорированной пластины.
На фиг. 1 представлен общий вид барботажно-вихревого аппарата с параболическим завихрителем; на фиг. 2 - аксонометрическая проекция параболического завихрителя, на фиг. 3 - схема форсунки 14 кольцевого оросителя 17 в циклоне 8.
Барботажно-вихревой аппарат с параболическим завихрителем для мокрой очистки газа содержит цилиндрическую камеру 1 с входной трубой 2, осевой ороситель 3, перфорированный отверстиями малого диаметра 4 и заглушенный с выходного конца. В цилиндрической камере 1 последовательно установлена пара завихрителей 5, причем завихритель на входе газового потока жестко скреплен с осевым оросителем 3, а на выходе завихритель выполнен с центральным отверстием, равным 0,2 диаметра цилиндрической камеры, и соединен со стенками цилиндрической камеры 1, образуя зазор для прохождения газового потока к центральной зоне аппарата.
Направляющие лопасти 6 параболического завихрителя 5 изогнуты по винтовой поверхности и образуют криволинейные конфузорные каналы 7 (фиг. 2). Цилиндрическая камера 1 присоединена с наклоном к циклону 8 с помощью фланцев 9 и 11 и патрубка 13 тангенциального ввода в циклон. Отвод дисперсных частиц осуществляется при помощи трубы перетока шлама 10 в шламосборник 16. В патрубке 13 установлен ввод 12 жидкости с форсункой 15 для смыва образующейся от вращающегося газожидкостного потока подвижной пены.
Циклон 8 выполнен в виде мокрого пылеуловителя, в верхней части корпуса которого установлен кольцевой ороситель 17 с, по крайней мере, тремя форсунками 14, соединенный трубопроводом 18 с вводом 12 жидкости для смыва образующейся подвижной пены. Очищенный газ поступает через выхлопную трубу 20 циклона 8, а шлам - в бункер 19 для его сбора из циклона 8, а затем в шламосборник 16.
Барботажно-вихревой аппарат с параболическим завихрителем для мокрой очистки газа работает следующим образом.
Запыленный газ подается в цилиндрическую камеру 1 по входной трубе 2. Одновременно в осевой ороситель 3 поступает орошающая жидкость, которая диспергирует по всему объему цилиндрической камеры из отверстий оросителя. Газ, содержащий твердые и газообразные примеси, движется вдоль стенок цилиндрической камеры 1 и разделяется с помощью завихрителя 5 на потоки. Продолжая поступательное движение, эти потоки отклоняются от горизонтального направления по траектории параболического профиля и приобретают ускорение в криволинейных конфузорных каналах без роста турбулентного и поперечного пульсирования.
После этого газовый поток огибает на входе завихритель, изменяя направление движения, и начинает вращаться в зазоре между завихрителями, образуя турбулизованный газожидкостной слой (подвижную пену). Достигая отверстия в завихрителе на выходе, газ проходит через него и выводится из аппарата. Отделившийся шлам смывается жидкостью и при помощи наклона цилиндрической камеры 1 транспортируется по трубе перетока шлама 10 в шламосборник 16. В патрубке 13 установлен ввод жидкости с форсункой 15 для смыва образующейся от вращающегося газожидкостного потока подвижной пены. Последующее разделение суспензии происходит в циклоне 8, откуда шлам также поступает в шламосборник 16. Криволинейные конфузорные каналы, образуемые лопастями завихрителя, близки по профилю к параболической спирали, которая является наиболее целесообразной вследствие возможности образовывать контуры профилей без скачков кривизны, вызывающих увеличение потерь энергии.
Таким образом, посредством установки в аппарате пары завихрителей, выполненных в форме эллиптического параболоида, направляющие лопасти которого изогнуты по винтовой поверхности, повышается скорость образования турбулизованного газожидкостного слоя, приводящего в свою очередь к образованию подвижнуой пены, часть которой сразу отводится в шламосборник 16 аппарата, а часть дополнительно пропускается через циклон 8 с осаждением осадка в его бункер 19, а затем в общий шламосборник 16.
Организация вращательного движения газожидкостного потока путем его пропускания через параболические завихрители с определенной тангенциальной составляющей скорости является основным фактором стабилизации пенного слоя за счет создания требуемого уровня центробежных сил, что позволяет обеспечить эффективный процесс очистки газов.
Повышение эффективности очистки газа обусловлено также увеличением уровня вращательных скоростей в зазоре между завихрителями, где турболизованный газожидкостной слой получает дополнительное вращение, а также устранением вторичных вихрей, благодаря чему снижается гидравлическое сопротивление устройства. Потери напора газа при скорости его движения 20 м/с составляют не более 300 Па. Эффективность очистки газа достигается в пределах 93÷97%. Предлагаемый барботажно-вихревой аппарат с параболическим завихрителем и циклоном мокрого пылеулавливания позволяет повысить эффективность газоочистки и улучшить защиту окружающей среды.
На фиг. 3 представлена схема форсунки 14 кольцевого оросителя 17 в циклоне 8. Форсунка (фиг. 3) выполнена со встречно направленными коническими завихрителями и содержит цилиндрический полый корпус 24 с каналом 22 для подвода жидкости, резьбовым участком 21 и пояском 23 со срезами под ключ.
В канале 22 для подвода жидкости закреплен распылитель, состоящий из трех дросселирующих элементов, и выполненный в виде, оппозитно расположенных вершинами, и осесим-метричных полых конических завихрителей: верхнего 26 и нижнего 27. Коническая обечайка нижнего 27 завихрителя фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц 28, закрепленных одним концом на конической обечайке нижнего завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке канала 22 форсунки (на чертеже не показана), выполненной на его внутренней поверхности.
Вершина конической поверхности конической обечайки верхнего 26 завихрителя крепится на круглой перфорированной пластине 25, установленной в кольцевой канавке канала 22 форсунки, и опирающейся на вершину нижнего 27 завихрителя, закрепленного в канале 22 форсунки посредством спиц 28.
На внешних поверхностях полых конических завихрителей 26 и 27 выполнены сквозные винтовые нарезки. При этом дросселирующий эффект распылителя в целом определяется суммарной пропускной способностью составляющих его элементов. Для получения мелкодисперсного распыла суммарную пропускную способность верхнего 26 завихрителя и перфорированной пластины 25 выполняют большей, чем у нижнего 27 завихрителя.
Работа форсунки со встречно направленными коническими завихрителями осуществляется следующим образом.
Жидкость под давлением подается в полость канала 22 для подвода жидкости корпуса 24 форсунки, а затем поступает в распылитель, и выходит наружу, образуя мелкодисперсный поток жидкости.
Использование форсунки описанной конструкции позволяет получить равномерный по объему поток капель мелкодисперсного распыла в диапазоне диаметров капель от 30 до 150 мкм при давлении подачи воды не более 1 МПа.
Возможен вариант, когда к нижней торцевой поверхности цилиндрического полого корпуса 24 закреплен диффузор 29, с установленной на его срезе круглой перфорированной пластины 30. Возможен вариант, когда на внешних поверхностях полых конических завихрителей 26 и 27 выполнена перфорация.