ПЕННЫЙ АППАРАТ С ГЕНЕРАТОРОМ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ДЛЯ МОКРОЙ ГАЗООЧИСТКИ

Область техники
Полезная модель относится к контактным аппаратам для мокрого улавливания твердых частиц и сопутствующих им вредных токсичных газовых компонентов с использованием в качестве поглотительного агента воды, растворов или суспензий химических веществ - абсорбентов и может найти применение в сепарационных и тепломассообменных процессах, как в промышленности, так и в энергетике при очистке отходящих и дымовых газов.
Уровень техники
В настоящее время мокрая очистка отходящих, дымовых и промышленных газов от вредных или ненужных примесей, в том числе от многочисленных сернистых соединений, производится в основном в абсорбционных аппаратах с различными типами контактных устройств, работающих при различных скоростях движения контактирующих потоков, в том числе и в пенном режиме. Известен аппарат с трубой Вентури для мокрой сероочистки газов с получением побочного товарного продукта, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубком для подвода очищаемого газа, двумя патрубками подвода очищающей жидкости-абсорбента, расположенным в верхней части корпуса патрубком отвода очищенного газа и установленной в его средней части по меньшей мере одной системой жидкостных форсунок с расположенной под ними барботажной провальной тарелкой (БПТ), причем в нижней части корпуса предусмотрен сборник жидкой фазы взаимодействующих сред, соединенный линией принудительной циркуляции с указанной системой жидкостных форсунок, а также средство получения в процессе очистки газа побочного товарного продукта путем окисления поглощенных абсорбентом сернистых соединений с добавкой необходимых реагентов, содержащее смесительную емкость с линиями подвода к ней окислителя, реагентов и отвода раствора указанного побочного продукта, сборник жидкой фазы взаимодействующих сред дополнительно выполняет функцию смесительной емкости для производства побочного товарного продукта (патент RU 126958, МПК B01D 53/00).
К недостаткам данного аналога можно отнести недостаточную интенсивность перемешивания газовой фазы по высоте сборника жидкой фазы, что снижает степень превращения при окислении рабочей жидкости в побочный товарный продукт, невозможность подачи чистого абсорбента через инжектор в конфузор генератора турбулентности (ГТ), присутствие которого увеличивает движущую силу массобмена в жидкой фазе, невозможностью организации режима движения газового потока близкого к режиму полного вытеснения по высоте абсорбционной части аппарата в зоне орошения и провальных тарелок, что не обеспечивает высокой средней движущей силы в газовой фазе по высоте массообменного аппарата.
Раскрытие полезной модели
Достигаемым техническим результатом полезной модели является повышение эффективности мокрой газоочистки без существенного увеличения гидравлического сопротивления газового тракта и увеличения нагрузки на штатный дымосос за счет многократной инверсии фаз в различных зонах аппарата при массопередаче, а также обеспечение возможности работы аппарата в широком диапазоне нагрузок по очищаемому газу в области скоростей достижения пенного режима.
Указанный основной технический результат обеспечивается тем, что в аппарате для мокрой абсорбционной пенной очистки отходящих, дымовых и промышленных газов, содержащем корпус с патрубками для ввода и вывода очищаемого газа, подаваемого в аппарат со скоростью, обеспечивающей ледообразование, систему подвода поглотительной среды (ПС) на орошение и патрубок вывода побочного продукта, заполняющего нижнюю часть корпуса, выполняющую функцию смесительного сборника, до заданного допустимого уровня, по меньшей мере, одну расположенную внутри корпуса БПТ, установленную на пути движения ПС, и расположенный в верхней части корпуса каплеуловитель согласно полезной модели в нижней части корпуса над смесительным сборником дополнительно установлена переливная барботажная тарелка, на которой установлен ГТ в виде струйного аппарата, основание входного конуса ГТ расположено на уровне установленной в корпусе нижней по ходу движения очищаемого газа переливной барботажной тарелки и выше допустимого нижнего уровня жидкости в указанном сборнике, напорная форсунка ГТ подключена через центробежный насос к линии ПС, в нижней части основания ГТ имеются проемы для прохода ПС, в нижней части корпуса в зоне расположения смесительного сборника установлены сопла для перемешивания ПС подаваемым через них реакционным газом, верхняя и нижерасположенная БПТ имеют форму корзины с плоским основанием и боковой поверхностью в виде усеченного конуса, примыкающего к основанию корзины своим нижним основанием, а верхним - к корпусу, а вся боковая поверхность корзины барботажных провальных тарелок перфорирована круглыми отверстиями.
Пенный режим в аппарате обеспечивается за счет заданных скоростей газа, либо посредством добавления в абсорбент ПС поверхностно-активных веществ. В качестве гасителя пены предусмотрен перфорированный кольцевой конический выступ, примыкающий к внутренней поверхности корпуса и расположенный над форсунками орошения, также выполняющими дополнительную функцию пеногасителей. Верхняя БПТ вмонтирована периферией наружного кольца во внутреннее кольцевое пространство другого расположенного выше пеногасителя конической формы и составляет с ним единое контактное устройство в виде корзины, а периферией внутреннего кольца примыкает к наружной поверхности ГТ, имеющего выступ над ней. Сборник жидкой фазы взаимодействующих сред дополнительно может выполнять функцию смесительной емкости для производства товарного продукта. В верхней части корпуса над форсунками может быть установлен каплеуловитель.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками полезной модели и достигаемым основным техническим результатом связана с тем, что установка внутри корпуса снизу вверх в направлении движения газового потока ГТ напорного сопла, подключенного через центробежный насос к линии подачи ПС позволяет повысить эффективность очистки газов за счет введения дополнительной тепломассообменной ступени очистки с инверсией взаимодействующих фаз. Вместе с тем, введение этой ступени очистки не увеличивает нагрузку на штатный дымосос, так как для очистки в этой ступени отбирается только часть очищаемого газового потока, а необходимый напор газожидкостной смеси в ГТ создается с жидкостной форсункой.
Выполнение сборником взаимодействующих сред дополнительно функции смесительной емкости с внутренними барботирующими устройствами в виде сопел газовых форсунок обеспечивает упрощение конструкции и снижение энергопотребления аппарата из-за отсутствия механических перемешивающих устройств.
Краткое описание чертежа
На чертеже схематически изображен в продольном разрезе пенный аппарат с ГТ для мокрой сероочистки газов согласно полезной модели, там же - поперечный разрез фигуры чертежа по А-А.
Подробное описание полезной модели
в
н
г
Пенный аппарат с ГТ для пылеочистки и мокрой химической газоочистки содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с патрубком 2 для подвода очищаемого газа, патрубками 3.1-3.3 для подвода очищающей ПС, расположенными в верхней цилиндрической части корпуса, патрубком подвода кислорода воздуха и реагентов 3.4, расположенным в нижней конической части сборника, патрубком 4 для отвода очищенного газа. В корпус 1 на разных уровнях последовательно установлены в данном примере системы жидкостных форсунок 5.1, 5.2 с патрубками для подвода к ним чистого абсорбента или рабочего раствора очищающей ПС и дополнительные сопла 5.3 для перемешивания ПС подаваемым через них реакционным газом, также в корпусе установлены две БПТ 6, 7, расположенные под распылительными форсунками жидкости последовательно одна под другой. При этом, верхняя БПТ 6 имеет форму корзины с круглыми отверстиями 8.1 для прохода жидкости и газа, обращенную выпуклостью вниз. Нижерасположенная БПТ 7 имеет аналогичные отверстия и аналогичную БПТ 6 форму. Нижняя барботажная переливная тарелка 7.1 имеет плоскую форму, круглые барботажные отверстия 8.2, переливное устройство 9 в виде закрепленного в корпусе цилиндра, погруженного своим нижним концом в ПС сборника. В центрально расположенном кольцевом вырезе нижней тарелки установлен ГТ газо-жидкостного потока 10 в виде струйного аппарата. В нижней части конического входа ГТ имеются проемы 11 для прохода ПС, представляющие собой треугольные выемки для подсоса из нижней тарелки за счет разрежения. В нижней части корпуса 1 предусмотрен сборник 12 взаимодействующих сред, соединенный через выходной патрубок 13 линией 14 принудительной циркуляции с нижней и верхней системой жидкостных форсунок 5.1, 5.2. Подача поглотительной жидкости в линию 14 осуществляется циркуляционным насосом 15. Аппарат содержит также средство получения в процессе очистки газа товарного побочного продукта включающего сопла 5.3 и сборник 12, выполняющий функцию смесительной емкости, линию 16 подвода окислителя или других газообразных реагентов (в данном примере - воздуха, подаваемого от не показанной на чертеже воздуходувки), линию 16.1 отвода раствора поглотителя или суспензии товарного продукта. Коленчатый патрубок 2 для подвода очищаемого газа расположен в нижней части конической боковой поверхности сборника 12 с выпуском выше допустимого верхнего уровня h жидкости в сборнике. ГТ 10 установлен внутри корпуса 1 снизу вверх в направлении движения очищаемого газа так, что основание его входного конуса 17.1 располагается выше допустимого нижнего уровня h жидкости в указанном сборнике 12, а его напорное сопло 17.2 подключено через насос 15 к линиям подвода абсорбента 14, 18, 19. Жидкостная форсунка ГТ 17.2 может быть подключена как к линии подвода чистого абсорбента ПС 19, так и к линиям подачи рабочего раствора ПС 13, 18 через насос 14 и образует вместе с ГТ зону предварительной мокрой очистки газов. В верхней части корпуса 1 аппарата над форсунками 5 установлен в данном примере каплеуловитель 20, выполненный в виде пакета жалюзийных пластин. Для отвода суспензии или жидкости из сборника 12 в сборник ПС (на чертеже не показан) предусмотрен патрубок 21. Перфорированные конические отбойники 22 и 23 выполняют двойную роль - как пеногасителя, так и распределителя жидкости. Для подвода свежего абсорбента и ПС или раствора чистой рабочей жидкости к патрубкам 3.1, 3.2, 3.3 предусмотрены линии с установленной на ней запорной арматурой 24.1-24.4. Нижняя переливная тарелка имеет круглые отверстия 8.2, через которые очищаемый газ контактирует с ПС, которая через пространство кольцевого зазора между корпусом 1 и цилиндрической обечайкой 25 сливного порога, поступает в сборник 12. ГТ имеет выступ высотой h над верхней БПТ.
Описание работы аппарата
Аппарат для мокрой абсорбционной сероочистки дымовых, отходящих и промышленных газов согласно полезной модели работает следующим образом. Поглотительная или свежая очищающая среда - абсорбент, поступая через патрубки 3.1, 3.2, 3.3 из линии 14,18,19 в систему жидкостных форсунок 5.1, 5.2 орошает провальные БПТ 6, 7, из которых абсорбент мелкими струйками стекает на нижнюю переливную барботажную тарелку 7.1 и затем через кольцевое пространство перетекает в сборник 12. При этом на БПТ 6, 7 образуется устойчивый газо-жидкостный пенный слой при скорости газа в свободном сечении аппарата 1,5÷2,5 м/сек и соотношении объемов обрабатываемых газовой и жидкой фаз 200÷500. Из нижней барботажной переливной тарелки 7.1 очищающая жидкость, перемещаясь через слив в кольцевом пространстве между корпусом 1 и обечайкой 25, стекает в сборник 12, откуда отводится через патрубок 21 или при помощи насоса 15 попадает в линии принудительной циркуляции 14, 18, 19, из которых снова поступает в коллекторы системы орошения поглотительной средой через жидкостные форсунки. Кроме того, через патрубок 3.3 по линии 14 циркулирующая ПС поступает в жидкостные форсунки 17.2 орошения ГТ. По линии 16 в смесительную емкость сборника 12 подается газообразная реакционная среда (в данном примере - кислород воздуха) от не показанной на чертеже воздуходувки, а также по ней же могут подводиться другие необходимые газообразные реагенты.
в
Очищаемый газ подается в корпус 1 через патрубок 2, расположенный в нижней части конической боковой поверхности сборника 12 выше допустимого верхнего уровня h жидкости в нем, и движется в верх аппарата, попадая сначала через отверстия 8.2 нижней непровальной переливной тарелки 7.1 в слой орошающей ее жидкости, а затем проходит через отверстия в жидкостной слой вышерасположенных провальных тарелок под действием тяги не показанного на чертеже дымососа. Часть очищаемого газа под действием жидкостного напора форсунки 17.2 ГТ 10 проходит в него и взаимодействует внутри с капельно-струйным потоком ПС. Указанное расположение патрубка 2 над уровнем жидкости в сборнике 12 выбрано исходя из недопустимости залива этого патрубка очищающей жидкостью. На своем пути газ, прежде всего, проходит в ГТ в виде струйного аппарата зону предварительной очистки частью жидкости поглотительной среды или чистого абсорбента, подаваемыми через форсунку 17.2. В следующей зоне очищаемый газ из ГТ смешивается с очищаемым газом, прошедшим через верхнюю тарелку 6, и движется навстречу очищающей жидкости из верхней системы форсунок. Далее очищаемый газ проходит через каплеуловитель, выполненный в виде пакета 20 из жалюзийных пластин, и отводится с помощью не показанного на чертеже дымососа через также не показанную на чертеже дымовую трубу в атмосферу. Подсасываемый очищаемый газ в ГТ интенсивно перемешивается с распыляемым жидкостным потоком, поступающим из сопла 17.2, образуя устойчивый газокапельный поток, что обеспечивает эффективную предварительную очистку очищаемого газа от пыли и нежелательных газообразных примесей.
Наличие нескольких последовательно расположенных зон контакта взаимодействующих сред с инверсией фаз, включая ГТ в виде струйного аппарата, позволяет обеспечить высокую степень очистки очищаемого газа.
Для получения товарного продукта накапливающийся в сборнике 12 водный раствор поглощенных из очищаемого газа соединений обрабатывается путем подачи в указанный сборник реакционной среды - например, кислорода воздуха или других газообразных реагентов (линии их подвода на чертеже не показаны) по линии 16.
Полученный в результате реакционного процесса раствор или суспензия товарного продукта отводится потребителю из сборника 12 через патрубок 21 по линии 16.1.