Устройство для очистки нагретых отработанных газов
DEVICE FOR CLEANING OF HEATED EXHAUST GASES

Изобретение относится к оборудованию для очистки газов и может использоваться в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.
Известен скруббер Вентури [МПК4 B01D 47/10, АС СССР № 1233919, 1986, БИ № 20], состоящий из конфузора, горловины, диффузора, подводящего патрубка и узла  орошения, снабженного дополнительным узлом орошения, установленным в подводящем патрубке, размещенном тангенциально камере и выполненным в виде  конфузора . устройство  для очистки отработанных нагретых газов. Недостатками данного скруббера является низкая эффективность улавливания и высокая вероятность уноса частиц менее 10 мкм.
Известен циклон комбинированный [Патент РФ 2325234, В04С 5/12, опубл.: 27.05.2008 БИ № 15], который содержит корпус, периферийный ввод газового потока, выполненный в виде входного тангенциального патрубка, бункер, соединенный с нижней конической частью циклона, и отводящую трубу, в верхней части которой установлена, по крайней мере, одна форсунка, образующая факел тонкого распыла. В нижней части отводящей трубы выполнены отверстия.
Каждая из форсунок выполнена в виде центробежной форсунки, состоящей из корпуса с впускным отверстием, крышки, герметизирующей прокладки, размещенной между корпусом и крышкой, пружины, расположенной между крышкой и завихрителем, выполненным в виде перевернутого днищем вверх цилиндрического стакана, установленного относительно корпуса   форсунки с кольцевым зазором, причем в завихрителе выполнено, по меньшей мере,  два ряда дроссельных отверстий, а в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, два  равномерно расположенных по кольцевой стенке завихрителя тангенциальных  дроссельных отверстий, в нижней части корпуса форсунки установлен сопловый  вкладыш, выполненный в виде конической шайбы с калиброванным коническим  отверстием, соосным с цилиндрической поверхностью завихрителя и с конусностью, обратной конусности конической шайбы вкладыша.
Недостатками комбинированного циклона являются: повышенное аэродинамическое  сопротивление, вызванное сопротивлением при отводе воздуха через отверстия в  отводящей трубе, обтеканием потоком воздуха отводящей трубы для шлама, и, как  следствие, повышенные удельные энергозатраты на очистку газа, а также необходимость  дополнительного насоса с приводом для создания давления распыления 6-9 МПа;  снижение эффективности очистки вследствие вторичного уноса пыли с каплями  жидкости, обусловленного высокой скоростью потока газов и малыми размерами  капель жидкости, с которыми агрегатировались частицы пыли; сложное конструкторское  исполнение, обусловленное сложностью конструкции форсунки, усложнением конструкции отводящей трубы и необходимостью существенных изменений конструкции  типового циклона при модернизации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению является патент РФ № 2632695 В04С 5/12 (2006.01), опубл. 09.10.2017, БИ № 28.
Конический мокрый циклон содержит корпус, периферийный ввод газового потока с тангенциальным патрубком, расположенным под углом к горизонтали, отводящую трубу, в верхней части которой установлено оросительное устройство. В нижней части конического корпуса, обращенного вершиной вниз, установлен расширитель, к которому прикреплено коническое днище для загрязненной жидкости, обращенное вершиной вниз.
Отводящая труба выполнена в виде усеченного конуса, обращенного вниз большим сечением. Оросительное устройство в верхней части отводящей трубы расположено выше крышки корпуса. В верхней части конического  корпуса под крышкой корпуса расположены два оросительных устройства, одно из которых  обращено к внутренней поверхности корпуса, второе расположено для орошения с наружной стороны отводящей трубы.
Недостатками конического  мокрого циклона: необходимость  расхода значительного количества  чистой воды на орошение, образование значительного количества шлама, потери теплоты  с очищенным газом, а также недостаточная эффективность его очистки.
Технической задачей изобретения является снижение расходы чистой воды и количества образующегося шлама, утилизация теплоты очищаемого газа и повышение эффективности очистки.
Решение технической задачи изобретения  достигается тем, что в устройстве для очистки нагретых отработанных газов, содержащем корпус,  периферийный вход газового потока с тангенциальным патрубком, расположенным под углом к горизонтали, отводящую трубу,  новым является то, что к распылительному устройству, возмещенному во входном патрубке подведен трубопровод  рециркуляционной очищенной охлажденной воды, к которому присоединен трубопровод свежей воды., при этом  трубопроводрециркуляционной очищенной водыснабжен фильтром, теплообменником-утилизатором и насосом, установленными вне  корпуса устройства,  входное отверстиерециркуляционного трубопровода находится под верхней частью конический тарелки, расположенной вершиной вверх внутри цилиндрической вставки, при этом тарелка и вставка размещены соосно корпусу аппарата и с зазорами между ними, вершина тарелки и нижний край вставки находятся ниже уровня воды.
Технический результат изобретения заключается в снижении расхода чистой воды,  снижении   количества образующегося шлама, утилизации теплоты очищенного газа и повышении эффективности очистки.
о
На фиг 1 изображен общий вид  устройства для очистки нагретых отработанных газов. Устройство  (фиг 1) содержит корпус 1 с присоединенным  к нему тангенциально подводящим патрубком 25, расположенным под углом 11-17 к горизонтали,  и снабженным распылительным устройством для воды 26, а   также  трубу  для отвода  очищенного газа 2.
Корпус  имеет коническое днище 9, к которому в нижней части присоединен патрубок 10  для  отвода сгущенного шлама, снабженный запорно-регулирующим устройством 11. Труба 2 для отвода очищенного газа в нижней части снабженконфузором 3, нижнее сечение которого находится над поверхностью жидкости 5, находящейся в нижней части корпуса. Нижнее сечение конфузора 3 находится ниже верхнего сечения цилиндрической вставки 4, расположенной внутри циклонного сепаратора 1 с образованием между ними кольцевого зазора таким образом, что его верхнее сечение расположено выше уровня жидкости 5, а нижнее находится ниже уровня жидкости, но выше  конического днища 9.
Внутри конической вставки 4 ниже уровня жидкости 5  размещена коническая тарелка 6 вершиной вверх, под которой выше ее нижней кромки размещено входное отверстие трубы 12 для отвода осветленной воды. В верхней части объема под тарелкой расположено входное отверстие трубы 7 для удаления воздуха из этого объема при пуске аппарата. Труба 7 снабжена запорным устройством 8. Труба 12 для отвода осветленной рециркулирующейводы снабжена запорно-регулировочным устройством 13, после которого она присоединена к фильтру 14, а затем – к теплообменнику- утилизатору 15. К теплообменнику-утилизатору 15 присоединен трубопровод 18 для отвода рециркулирующей очищенной охлажденной оборотной воды, снабженный запорно-регулирующим устройством 19.
Теплообменник-утилизатор 15 снабжен патрубками 16 и 17 для подвода и отвода нагреваемой технологической жидкости.
Трубопровод 18 подключен к всасывающему патрубку насоса 22,  К трубопроводу 18 такжеподключен трубопровод 20  свежей воды, снабженный запорно-регулировочным устройством 21.
На напорном трубопроводе   воды 24 после насоса 22 установлено запорно-регулирующее устройство 23.
Напорный трубопровод 24 присоединен к распылительному устройству 26,  размещенному во входном патрубке 25.
На корпусе 1 установлено устройство 27 для контроля уровня воды, например, водомерное стекло.
Устройство для мокрой очистки и утилизации теплоты отработанных газов работает следующим образом. Отработанный нагретый запыленный газ для очистки поступает в подводящий патрубок 25, в который по трубопроводу 24 подается очищенная охлажденная рециркулирующая вода. Для компенсации ее убыли вследствие испарения по трубопроводу 20 при необходимости подается свежая вода. Регулирование расходов воды и ее отключение при ремонте оборудования  производится запорно-регулирующими устройствами 13,19,21 и 23. В патрубке 25 и далее капли распыленной воды соударяются и агрегатируются с частицами пыли в запыленном газе.
Размер образующихся частиц и их масса больше размеров частиц пыли, что улучшает их улавливание. В то же время происходит теплообмен холодных капель с нагретым газом, в результате чего капли нагреваются, а газ охлаждается. При этом часть воды испаряется и уходит из аппарата с очищенным газом через трубу 2. Загрязненный газ вместе с частицами смоченной пыли  и каплями воды поступает в корпус  1, где под действием центробежной силы  они отбрасываются к стенкам аппарата и стекают по ним. Через зазор между корпусом аппарата и вставкой 4 они попадают в жидкость 5, корпуса  1.
Благодаря откачке воды5 по трубе 12 для она  из верхней ее части движется вниз. Частицы пыли под действием сил гравитации и инерции смещаются в коническое днище 9, где образовавшийся шлам сгущается и затем удаляется через патрубок 10. Расход шлама регулируется запорно-регулирующим устройством 11. Уровень жидкости в аппарате контролируется с помощью устройства 27. При снижении уровня ниже допустимого производится подача дополнительной свежей воды по трубопроводу 20, регулируемая запорно-регулировочным устройством 21. Тарелка 6 и вставка 4 препятствуют поступлению загрязненной воды с частицами пыли в отводящую трубу 12.
Эти частицы скользят вниз по поверхности тарелки и движутся вниз под действием гравитационной силы. При пуске установки в работу при заполнении корпуса  водой под тарелкой 6 остается воздух, препятствующий отводу воды. Он удаляется по трубе 7 при открытом запорном устройстве 8, которое затем перекрывается.
Вода, очищенная от крупных частиц пыли путем осаждения  в корпусе 1 по трубе 12 поступает в фильтр 14 для доочистки во избежание засорения распылительного устройства 26, находящегося во входном патрубке 25, и отложения загрязнений в теплообменнике 15. Предварительное осаждение пыли снижает ее количество, улавливаемое фильтром, что позволяет снизить его размеры.
Очищенная вода  поступает в теплообменник-утилизатор 15,  к которому присоединен трубопровод 18 для отвода охлажденной рециркулирующей воды. Через патрубок 16 в теплообменник – утилизатор подается нагреваемая технологическая жидкость, которая после нагрева отводится через патрубок 17. По трубопроводу 18 охлажденная оборотная вода поступает в насос 22, обеспечивающий ее  движение  по трубопроводам, через фильтр 14 и теплообменник 15. По напорному трубопроводу 24 очищенная оборотная вода с добавлением свежей (или без нее) подается в распылитель 26, размещенный в подводящем патрубке 25. Напор подаваемой воды и ее расход регулируется запорно-регулировочным устройством 23.
Поток очищаемого газа со взвешенными в нем каплями воды и укрупненными влажными частицами  пыли подается в кольцевой зазор между корпусом  1 и цилиндрической вставкой 4.
Под действием центробежной силы частицы пыли и капли воды отбрасываются к стенке аппарата и стекают по ней вниз.  Газ движется к нижнему сечению конфузора 3 трубы для отвода  очищенного газа 2, при этом газ  меняет свое направление, огибая выступающую над жидкостью 5 верхнюю часть вставки 4.
Под действием сил инерции оставшиеся в потоке малые   капли и частицы пыли взаимодействуют с поверхностью жидкости 5 и вставкой 4, соударяются с ними и дополнительно улавливаются. Затем поток газа  меняет направление и проходит через зазор между поверхностью жидкости 5 и нижней кромкой конфузора 3. Благодаря малой величине зазора поток  в нем движется с высокой скоростью, что обеспечивает его турбулентность. Вследствие этого, а также под действием сил инерции,  оставшиеся частицы пыли и капли ударяются о поверхность жидкости и улавливаются.
Частицы пыли, вместе с каплями попавшие на поверхность жидкости, осаждаются под действием сил тяжести и направленному вниз потоку воды 5, откачиваемой из корпуса 1 по трубе 12.
Частицы, осевшие на поверхность тарелки 6, соскальзывают по ней вниз в нижнюю часть корпуса 1, образуя там слой осадка. Благодаря большому нижнему сечению конфузора скорость потока воздуха   при входе  в него из зазора падает, что препятствует отрыву и уносу капель жидкости 5 с ее поверхности. Очищенный газ из конфузора 3 поступает в трубу 2 для отвода очищенного газа и удаляется из аппарата.   Движение газа в аппарате происходит под действием воздуходувного устройства, условно не показанного на фиг.1.
При необходимости (например, при ремонте) система рециркуляции воды может быть отключена путем закрывания запорно-регулирующих устройств 13 и 19. При таком варианте работы вся неиспарившаяся вода будет отводиться в виде шлама. Концентрация пыли в нем снизится, а объем увеличится.
Предложенное устройство для очистки нагретых отработанных газов позволяет:
- снизить расход чистой воды, благодаря использованию рециркуляционной воды;
- снизить количество образующегося шлама благодаря уменьшению доли воды в нем вследствие его осаждения;
- утилизировать теплоту очищенного газа путем охлаждения контактировавшей с ним рециркулирующей воды;
- повысить эффективность очистки за счет агрегатирования частиц пыли с каплями воды с последующим их улавливанием, благодаря последовательному воздействию: центробежных сил, контакта с поверхностью жидкости, сил инерции.