Судовой скруббер

Полезная модель относится к конструкции скрубберов - аппаратов для мокрой очистки газов и может быть использована для очистки выхлопных газов судовых установок, а также в различных областях техники - в энергетике, металлургии, нефтехимии и т.д.
Известны конструкции скрубберов, в которых очистка газового потока осуществляется при контакте газа с промывочной водой, распыливаемой в объеме корпуса скруббера или стекающей по его внутренней стенке, Это скрубберы различных типов - центробежный (форсуночный), насадочный, полый, тарельчатый (барботажный и пенный) (1), которые малопригодны для использования на морских судах для очистки выхлопных газов судовых энергоустановок, работающих на органическом топливе по следующим причинам:
- большие габаритные размеры известных конструкций скрубберов затрудняют их компановку с оборудованием судов в условиях дефицита места для их установки,
- большие объемы загрязненной промывочной воды, требующие ее утилизации или очистки для сброса в водную среду морей и океанов;
образующиеся в результате непрерывной подачи промывочной воды в скруббер;
- капельный унос загрязненной промывочной воды с потоком очищаемого газа, снижающий степень очистки выхлопных газов.
Эти недостатки снижают эффективность использования известных конструкций скрубберов в качестве судовых скрубберов.
Известна, принятая в качестве прототипа, конструкция скруббера с насадкой позволяющей увеличить площадь контакта газа с промывочной жидкостью и тем самым повысить степень очистки газа (1), но недостатки данной конструкции скруббера, связанные с наличием капельного уноса, большим количеством загрязненной воды и недостаточная компактность остаются.
Целью предложенной полезной модели являются увеличение степени очистки выхлопных газов от загрязнителей - окислов серы и азота, сажистых частиц, а также значительное сокращение количества загрязненной промывочной воды и габаритных размеров скруббера, облегчающее компановку скруббера с оборудованием судна.
Поставленная цель достигается в конструкции судового скруббера, содержащего цилиндрическую рабочую камеру, снабженную патрубками для подвода и отвода газа, трубопроводами для подвода и отвода промывочной воды, а также насадкой с развитой поверхностью контакта газа и промывочной воды тем, что насадка выполнена в виде горизонтального поворотного вала, на котором закреплены плоские параллельные диски, снабженные размещенными по радиусу дисков турбулизаторами, а рабочая камера ниже оси поворотного вала заполнена промывочной водой; при этом турбулизаторы выполнены из полос или прутков круглого сечения или в виде отбортовки стенки диска.
Конструкция предложенного судового скруббера представлена на схематическом чертеже, где на фиг. 1 представлен скруббер в разрезе, на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1, на фиг. 3 - диск 5 насадки скруббера, на фиг. 4 - вид В по фиг. 3 и на фиг. 5 - вид В по фиг. 3 (вариант).
Скруббер состоит из рабочей камеры 1 с патрубком 2 для входа загрязненных выхлопных газов и патрубком 3 для выхода очищенных газов. На горизонтальной оси рабочей камеры 1 установлен поворотный вал 4, на котором закреплены плоские, параллельные диски 5, на обеих сторонах каждого из которых закреплены турбулизаторы 6 газового потока (фиг. 3), выполненные из полос или прутков круглого сечения (фиг. 4 и 5) или в виде отбортовки стенки дисков 5 по радиусу (на чертежах не показаны). Привод вала 4 состоит, например, из электродвигателя 7 и зубчатой передачи, понижающей скорость вращения вала 4 (фиг. 2). Рабочая камера 1 снабжена бункером 8 для накопления осадка, трубопроводом 9 для заполнения камеры свежей промывочной водой и трубопрводом 10 для слива отработанной помывочной воды, а также шнеком 11 для удаления осадка (фиг. 1).
Скруббер работает следующим образом. Выхлопные газы через патрубок 2 поступают в объем рабочей камеры 1 и вступают в контакт с пленкой промывочной воды, образующейся на поверхности дисков 5 при вращении вала 4 и прохождении при этом дисков 5 через объем промывочной воды, заполняющий нижнюю часть рабочей камеры 1 ниже оси вала 4.Заполнение осуществляется периодически через трубопровод 9 с запорным вентилем (фиг.1). Газовый поток, проходящий в зазорах между дисками 5, приобретает интенсивную турбулизацию за счет:
- встречного направления вращения дисков 5 по отношению к направлению движения газового потока в рабочей камере 1 (фиг. 1),
- наличия на поверхности дисков 5 радиальных турбулизаторов 6 газового потока (фиг. 3). В результате даже при ламинарном режиме движения газового потока в патрубках 2 и 3 режим движения газового потока в зазорах между дисками 5 будет турбулентным. Интенсивная турбулизация газового потока приводит к тому, что каждый элементарный объем выхлопных газов многократно контактирует с пленкой промывочной воды на поверхности дисков 5, в результате чего происходит химическое поглощение окислов серы и азота промывочной водой при их реакции с добавленными в воду аммиаком, ионами железа и ЭДТК (2). Пленка промывочной воды захватывает и сажистые частицы, которые являются химически нейтральными. Объем промывочной воды, заполняющий нижнюю часть рабочей камеры 1, выполняет очистку выхлопных газов до своего полного насыщения загрязнителями газового потока, то есть до исчерпания своих поглощающих функций, после чего загрязненная промывочная вода через трубопровод 10 с запорным вентилем (фиг. 1) сливается в специальную емкость (на чертеже не показана), а твердый осадок из бункера 8 удаляется шнеком 11 в другую емкость; объем нижней части рабочей камеры 1 заполняется свежей промывочной водой через трубопровод 9. Запас промывочной воды с добавками аммиака и ионов железа и ЭДТК пополняется перед выходом в рейс, а осадок и отработавшая промывочная вода сдается для утилизации береговым службам и организациям. При этом отработавшая промывочная жидкость может быть использована для производства сульфата аммония, который используется как удобрение в растениеводстве (2).
В предложенной конструкции скруббера повышенная степень очистки выхлопных газов обеспечивается
- большой площадью контакта газового потока с промывочной водой в виде пленки на дисках 5. При толщине дисков 1 мм, диаметре дисков 1 метр, зазорах между дисками 5 в 19 мм и длине вала 1 метр, на котором размещены 50 дисков, общая площадь пленки промывочной жидкости равна 36, 7 кв. метра. С другой стороны центробежный скруббер ВТИ (1) с осаждением загрязнений газового потока на внутреннюю стенку цилиндрического корпуса, по которой стекает промывочная вода, должен при диаметре 1 метр иметь высоту 10 метров, чтобы площадь поверхности осаждения была равна площади осаждения в предложенной конструкции скруббера, что подтверждает высокую компактность предложенной конструкции скруббера. При вращении вала 4 все захваченные пленкой воды загрязнения газового потока смываются с поверхности дисков промывочной водой, заполняющей нижнюю часть рабочей камеры 1 и в газовый поток постоянно выходят диски с пленкой свежей промывочной воды. Сокращение количества загрязненной промывочной воды обеспечивается тем, что промывочная вода, заполняющая нижнюю часть рабочей камеры 1 используется до самого предельного накопления в ней веществ, загрязняющих газовый поток.
В предложенной конструкции скруббера пленка промывочной воды на диске 5 формируется силами адгезии на твердой поверхности дисков 5 и для срыва и уноса частиц воды, создающих пленку на дисках 5 необходима скорость газового потока, превышающая значение в 1 метр в секунду, которая является предельной для распыленной воды по возникновению капельного уноса, поэтому отсутствие капельного уноса в предложенной конструкции скруббера существенно увеличивает степень очистки выхлопных газов.
Большая площадь контакта потока выхлопных газов и промывочной жидкости, а также интенсивная турбулизация газового потока позволяют использовать предложенную конструкцию скруббера в качестве искрогасителя выбрасываемых в окружающую среду выхлопных газов и успешно использовать эту конструкцию на судах, например, танкерах и лесовозах, перевозящих пожароопасные грузы. Компактность предложенной конструкции скруббера и ее способность выполнять искрогашение делает возможным размещение скруббера на месте штатного искрогасителя судовой энергоустановки.
Высокая степень очистки выхлопных газов, минимальный расход промывочной воды и минимальная величина занимаемого объема делают предложенную конструкцию судового скруббера более эффективной в использовании в сравнении с известными.
Литература
1. https://gas-cleaning.ru/article/skrabberu-apparaty-dlya-mokroy-ochistki-gazov
2. Helpiks.org. Очистка газов от оксида серы.