Устройство для очистки газа
GAS PURIFICATION DEVICE

Техническое решение относится к устройствам для очистки газа от примесей посредством контакта газовой и жидкостной сред.
Из уровня техники известно решение, представляющее собой устройство для очистки газа и воздуха, включающее корпус с патрубками для подвода и отвода газа и жидкости и размещенные в нем завихритель газожидкостной смеси и сепаратор. Устройство содержит одну или более смесительных ступеней, расположенных соосно по вертикали, каждая из которых выполнена в виде завихрителя, представляющего собой цилиндрическую обечайку с тангенциальными щелями и прямыми лопатками, установленными по касательной к внутренней окружности, причем торец обечайки, обращенный к поступающему потоку смеси, закрыт диском таким образом, чтобы при растекании смесь попадала через щели в пространство между лопатками, а с другого торца лопатки обечайки закреплены на диске с центральным отверстием, предназначенным для выхода закрученного вспененного газожидкостного потока. Сепаратором служит жестко закрепленный статичный элемент, размещенный под центральным отверстием диска последней смесительной ступени, перекрывающий сечение выходящего потока и использующий для разделения жидкости и газа центробежные силы от закрутки газожидкостного потока на выходе из завихрителя.  Патент на изобретение РФ № 2404838, МПК B01D 3/30; B01D 53/18, опубликован 27.11.2010.
Известно техническое решение, выбранное в качестве ближайшего аналога, представляющее собой устройство для очистки газа, включающее корпус с патрубками для подвода газа и жидкости в верхней его части и с патрубками для отвода жидкости и газа в нижней его части. Корпус состоит из, как минимум, двух частей, расположенных одна над другой, и размещенных в нем один над другим смесительные блоки, каждый из которых имеет обечайку с тангенциальными щелями в стенках, образованными лопатками, и сепарационный блок, включающий нижнее основание в форме на основе усеченного конуса, и содержащий козырек, выполненный по периметру нижнего основания сепарационного блока и образующий щель между сепарационным блоком и внутренней поверхностью стенок корпуса.  Патент на изобретение РФ № 2672426, МПК B01D 3/30; B01D 53/18, опубликован 14.11.2018.
Контроль исключения попадания капель воды в входную часть канала выхода газа в ближайшем аналоге осуществляется за счет снижения напора воды, подаваемого для очистки газа, и подбором геометрии корпуса сепарационного блока.
Отличительным признаком заявляемого технического решения является наличие полого цилиндра в сепарационном блоке, своей верхней частью соединенного с нижней частью основания.
Технический результат заявляемого технического решения проявляется в повышении эффективности очистки газа и производительности устройства для очистки газа.
Повышение эффективности очистки газа и производительности устройства для очистки газа достигается, в частности, за счет возможности снижения сопротивления, оказываемого конструкцией, и, как следствие, уменьшения требуемой мощности вентилятора, необходимого для нагнетания потока в устройство, а также за счет возможности увеличения потока жидкости, подаваемой для очистки газа.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки газа, включающем цилиндрический вертикально ориентированный корпус, состоящий из, как минимум двух частей, расположенных одна над другой, в верхней части которого выполнены патрубки с каналами для подвода жидкости и газа, а в нижней части патрубки с каналами для отвода жидкости и газа, при этом в корпусе установлен, по меньшей мере, один смесительный блок, и размещенный под ним сепарационный блок, смесительный блок включает обечайку с щелями в стенках, образованными лопатками, расположенными под углом к касательной к окружности, верхняя часть обечайки закрыта верхним диском, диаметр которого равен диаметру обечайки, а нижняя часть обечайки закреплена на нижнем диске, который содержит центральное отверстие, диаметр которого меньше, чем диаметр обечайки, сепарационный блок содержит основание в форме на основе усеченного конуса, обращенного своим меньшим основанием к центральному отверстию нижнего диска смесительного блока, сепарационный блок содержит полый цилиндр, своей верхней частью соединенный с нижней частью основания, при этом входная часть канала выхода газа расположена во внутреннем пространстве цилиндра.
Полый цилиндр, расположенный в сепарационном блоке, соединенный своей верхней частью с нижней частью основания, исключает попадание жидкости во входную часть канала выхода газа. Вся жидкость, включая брызги, проходит через зазор между внешней стенкой цилиндра и внутренней стенкой корпуса. Заявленная конструкция позволяет повысить эффективность очистки газа и производительность устройства для очистки газа за счет возможности увеличения потока жидкости, подаваемой для очистки газа, и увеличения площади отверстий для прохода жидкости и газа, что приводит к снижению сопротивления конструкции устройства потоку.
Выполнение основания сепарационного блока в форме усеченного конуса, обращенного своим меньшим основанием к центральному отверстию нижнего диска смесительного блока, позволяет увеличить площадь сечения сепарационного блока, что, в свою очередь, уменьшает сопротивление устройства. Это позволяет увеличить производительность устройства, не увеличивая мощности нагнетающего или всасывающего вентилятора, что влияет на эффективность работы устройства в целом. При такой форме выполнения основания сепарационного блока, смесь жидкости и газа продолжает двигаться по спирали, спускается по конусообразной поверхности нижнего основания сепарационного блока и, проходя между лопатками сепарационного блока, получает дополнительное ускорение.
Наличие лопаток сепарационного блока, ориентированных в противоположную сторону, чем лопатки смесительных блоков, обеспечивает направленное прохождение потока, который получает дополнительное ускорение. Дальше поток, на выходе из щелей сепарационного блока ударяется о стенки корпуса, жидкость стекает вниз и затем уходит через патрубок для отвода жидкости, а газ поднимается и выходит через патрубок для отвода газа. Козырек, выполненный по периметру сепарационного блока и образующий щель между сепарационным блоком и внутренней поверхностью стенок корпуса, не позволяет жидкости, осаждающейся из газожидкостной смеси, стекать по внешней нижней поверхности конусообразного основания и попадать в отвод для очищенного газа.
В предпочтительном варианте, расстояние между верхней частью канала выхода газа и нижней частью цилиндра составляет 50-70 % от расстояния между нижней частью цилиндра и нижней частью корпуса. Заявленный диапазон является оптимальным для достижения наибольшей эффективности и производительности устройства. При выполнении конструкции с расстоянием между верхней частью канала выхода газа и нижней частью цилиндра менее 50 % от расстояния между нижней частью цилиндра и нижней частью корпуса, необходимо ослабить мощность потока жидкости для исключения попадания капель в канал выхода газа. При выполнении конструкции с расстоянием между верхней частью канала выхода газа и нижней частью цилиндра более 70 % от расстояния между нижней частью цилиндра и нижней частью корпуса, происходит неоправданное увеличение материалоемкости устройства для очистки газа.
Выполнение канала для подвода газа по криволинейной линии с переменным радиусом кривизны обеспечивает предварительное ускорение потока перед его попаданием в смесительный блок, что позволяет повысить производительность устройства. Кроме того, такая конструкция позволяет уменьшить высоту устройства, и, как следствие, за счет снижения сопротивления, оказываемого конструкцией, требуемую мощность вентилятора, необходимого для нагнетания потока в устройство.
При закреплении каждого нижнего диска смесительного блока жестко и герметично между фланцами корпуса и выполнении нижнего диска по диаметру большим, чем внутренний диаметр корпуса, исключается прохождение газожидкостного потока по стенкам корпуса, минуя смесительные блоки, что повышает эффективность работы устройства. Такая конструкция позволяет также при необходимости быстро и легко разобрать корпус и прочистить или заменить смесительный блок.
Люки для обслуживания смесительного блока, выполненные в стенке корпуса, позволяет быстро и самостоятельно произвести осмотр конструктивных элементов смесительного блока. В случае необходимости, через люки можно также произвести соответствующие ремонтные работы или замену неисправных элементов. Выполнение, по меньшей мере, трех люков для обслуживания смесительного блока расположенных равноудаленно так, что угол сектора, ограниченного радиусами, ведущими к двум соседним люкам, составляет 120°, позволяет обеспечить наибольшую обозреваемую область внутри конструкции: осмотр любого участка смесительного блока можно произвести через ближайший к этому участку люк.
Уплотнители, предпочтительно, силиконовые, установленные по периметру люка для обслуживания смесительного блока, являются надежным средством герметизации устройства. При этом, для его быстрой разгерметизации, необходимой для осмотра конструкции, достаточно разъединить замки и снять крышку люка. Под замками следует понимать любое устройство, позволяющее открывать и закрывать крышку люка.
Заявляемое техническое решение далее поясняется с помощью фигур, на которых условно представлен один из возможных вариантов исполнения устройства для очистки газа.
На фиг. 1 представлен вид устройства для очистки газа сбоку в разрезе.
На фиг. 1 изображено устройство (1) для очистки газа включающее корпус (2), патрубок (3) для подвода жидкости и патрубок (4) для подвода газа, смесительный блок (5), включающий обечайку (6) с щелями в стенках, образованными лопатками (7), верхний диск (8) и нижний диск (9) с центральным отверстием (10), сепарационный блок (11), лопатки (12) сепарационного блока, основание (13), цилиндр (14), патрубок (15) для отвода жидкости и канал (16) для отвода газа.
Далее, со ссылками на фигуры описана конструкция устройства (1) для очистки газа.
Устройство (1) для очистки газа включает цилиндрический вертикально ориентированный корпус (2), состоящий из, как минимум двух частей, расположенных одна над другой. В верхней части корпуса (2) выполнены патрубок (3) для подвода жидкости и патрубок (4) для подвода газа, а в нижней части патрубок (15) для отвода жидкости и канал (16) для отвода газа. В корпусе (2) установлен, по меньшей мере, один смесительный блок (5), и размещенный под ним сепарационный блок (11). Патрубков (3) для подвода жидкости может быть несколько, в соответствии с количеством смесительных блоков (5) в конструкции устройства (1).
Смесительный блок (5) включает обечайку (6) с щелями в стенках, образованными лопатками (7), расположенными под углом к касательной к окружности, верхняя часть обечайки (6) закрыта верхним диском (8), диаметр которого равен диаметру обечайки (6), а нижняя часть обечайки (6) закреплена на нижнем диске (9), который содержит центральное отверстие (10), диаметр которого меньше, чем диаметр обечайки (6), сепарационный блок (11) содержит основание (13) в форме на основе усеченного конуса, обращенного своим меньшим основанием к центральному отверстию (10) нижнего диска (9) смесительного блока (5).
Сепарационный блок (11) содержит полый цилиндр (14), своей верхней частью соединенный с нижней частью основания (13), при этом входная часть канала (16) выхода газа расположена во внутреннем пространстве цилиндра (14). Нижняя часть основания (13) может быть выполнена с козырьком, соединенным с цилиндром (14).
В предпочтительном варианте, расстояние между верхней частью канала (16) выхода газа и нижней частью цилиндра (14) составляет 50-70 % от расстояния между нижней частью цилиндра (14) и нижней частью корпуса (2).
В предпочтительном варианте, в стенке корпуса (2) выполнены, по меньшей мере, три люка для обслуживания смесительного блока (5), расположенные равноудаленно друг относительно друга так, что угол сектора, ограниченного радиусами, ведущими к двум соседним люкам, составляет 120°. По периметру люков для обслуживания смесительного блока (5) установлены уплотнители. Предпочтительно, крышки люков для обслуживания смесительного блока (5) закреплены к стенке корпуса (2) посредством замков.
В предпочтительном варианте, часть корпуса (2) представляет собой цилиндрический корпус с фланцами, выполненными с возможностью соединения частей корпуса (2) друг с другом, при этом нижний диск (9) смесительного блока (5) жестко закреплен между фланцами частей корпуса (2).
В предпочтительном варианте, сепарационный блок (11) включает лопатки (12), ориентированные в сторону, противоположную стороне, в которую ориентированы лопатки (7) смесительного блока (5).
Канал (16) для подвода газа может быть выполнен по криволинейной линии с переменным радиусом кривизны. Иными словами, канал (16) выполнен по кривой, описывающей дуги окружностей с линейно изменяющимися величинами радиусов, при этом центр окружности с наименьшим радиусом определяет вход потока газа в смесительный блок (5). В качестве классического примера такой кривой может служить плоская спираль.
Далее представлен один из предпочтительных вариантов использования устройства для очистки газовоздушной смеси от пыли на примере конструкции с двумя смесительными блоками (5).
В устройство (1), через патрубок (4) для подвода газа, подают газовоздушную смесь, а жидкость, например, воду, подают через патрубки (3). При этом, за счет предпочтительной формы канала для подвода газа, закрученный поток газа уже на входе в смесительный блок (5) имеет достаточное для эффективной очистки газа ускорение.
Жидкость и газовоздушная смесь заполняют пространство корпуса (2) первого смесительного блока (5), предпочтительно, через равномерно расположенные по боковой поверхности отверстия в обечайке (6). Лопатки (7) смесительного блока (5), расположенные под углом к касательной к окружности обечайки (6), образующие щели в ней, являются единственным входом в смесительный блок (5) для смеси газожидкостного потока, так как сверху обечайка (6) закрыта верхним диском (8), а снизу обечайка (6) закреплена на нижнем диске (9), который герметично и жестко закреплен на стенках корпуса (2) с помощью фланцев. Газожидкостный поток, проходя через щели обечайки (6), движется по лопаткам (7), что задает ему вращательное круговое движение по направлению лопаток (7). Под действием центробежных сил жидкость, поступающая в смесительный блок (5), прижимается к внутренней поверхности обечайки (6), где постоянно раскручивается поступающим газом. При этом внутри смесительного блока (5) образуется газожидкостное кольцо, удерживаемое на внутренних поверхностях обечайки (6). Газ с жидкостью двигаются по спиральной траектории от периферии к центру. Поскольку скорость газа в десятки раз превышает скорость жидкости, то при его прохождении через вращающееся газожидкостное кольцо, газ с жидкостью дробятся в поле центробежных сил на очень мелкие пузырьки с развитой быстрообновляемой поверхностью контакта, что обеспечивает тщательное смешивание газа и жидкости, пока оно не заполнит пространство обечайки (6), дойдя до центрального отверстия (10) нижнего диска (9). При этом сам смесительный блок (5) остается неподвижным, вращается только газожидкостное кольцо. Далее через отверстие (10) нижнего диска (9) газожидкостный поток поступает во второй смесительный блок (5), работающий аналогично первому, в котором также происходит его раскручивание и дробление с образованием газожидкостного кольца. Если времени контакта между газом и жидкостью не хватает в первых двух смесительных блоках (5) для требуемых параметров смешивания, то устройство (1) может быть снабжено любым количеством аналогичных блоков (5), обеспечиваемых необходимое время контакта газа с жидкостью и степени их смешивания. В процессе смешивания газовоздушной смеси и жидкости, пыль прилипает к пузырькам жидкости на границах раздела. После выхода из последнего смесительного блока (5) газожидкостная смесь попадает в сепарационный блок (11), где происходит разделение жидкой фазы и газа. При этом газожидкостный поток, продолжая двигаться по спирали, спускается по конусообразной поверхности основания (13) сепарационного блока (11) и, проходя между лопатками (12), получает дополнительное ускорение. Далее поток ударяется о стенки корпуса (2), жидкость, с содержащимися в ней частицами пыли стекает вниз и удаляется через патрубок (15) для отвода жидкости, а газ выходит через патрубок канала (16) для отвода газа.
Полый цилиндр (14), своей верхней частью соединенный с нижней частью основания (13), выполняет функцию экрана, не допуская частицы жидкости в входную часть канала (16) выхода газа.
Очищенная газовоздушная смесь, прошедшая несколько смесительных блоков (5), после сепарационного блока (11), поступает в канал (16) выхода газа, и после выхода из него, может быть возвращена в помещение или выведена в атмосферу, либо собрана в резервуар для дальнейшего использования.
Заявленное устройство может найти широкое применение: для абсорбционной очистки газов от вредных примесей (окислы серы, азота; фтористый и хлористый водород, хлор, фтор, аммиак и т.д.), мокрой очистки вентиляционных выбросов от мелкой пыли, испарительного увлажнения и охлаждения воздуха, снижения температуры дымовых газов, утилизации тепла отходящих газов.
Представленные фигуры, описание конструкции и использования не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы. В зависимости от назначения, устройство для очистки газа может быть изготовлено разных размеров, цветов и конфигураций.