Система для очистки газа
GAS PURIFICATION SYSTEM

Техническое решение относится к системам для мокрой 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.
3
3
В настоящее время, с ростом промышленного производства существует потребность в увеличении производительности очистки газа до 1 500 000 м/час, в то время как максимальная производительность одного аппарата для мокрой очистки газа составляет 50 000 м/час. При этом, увеличение габаритов и объемов потоков жидкости с целью увеличения производительности аппарата не позволяет достичь желаемого эффекта из-за невозможности стабильного удерживания газо-жидкостного слоя в таком аппарате, что снижает эффективность очистки газа.
Задачей заявленного решения является создание системы для очистки газа, позволяющей объединить в группы несколько устройств для мокрой очистки газа с возможностью разделения одного потока очищаемого газа на несколько независимых потоков перед их подачей в соответствующие устройства, и возможностью подачи независимых потоков жидкости в каждое из устройств.
Технический результат заявляемого технического решения проявляется в повышении эффективности очистки газа при упрощении конструкции и уменьшении габаритов конструкции системы для очистки газа; в увеличении производительности системы для очистки газа.
Технический результат заявляемого технического решения также проявляется в возможности очищения газа от одного источника различными устройствами для мокрой очистки газа и с использованием независимых потоков жидкости, и сбора всех потоков очищенного газа в объеме одного коллектора.
Технический результат также проявляется в повышении технологичности и безопасности системы для очистки газа.
Технический результат достигается тем, что система для очистки газа включает по меньшей мере два устройства для мокрой очистки газа, каждое из которых содержит цилиндрический вертикально ориентированный корпус, в верхней части каждого корпуса выполнены патрубки с каналами для подвода жидкости и очищаемого газа, а в нижней части патрубки с каналами для отвода жидкости и очищенного газа, при этом в каждом корпусе установлен, по меньшей мере один смесительный блок, и размещенный под ним сепарационный блок, патрубки с каналами для подвода очищаемого газа соединены с одним общим коллектором для очищаемого газа, патрубки с каналами для отвода очищенного газа соединены с одним общим коллектором для очищенного газа.
За счет того, что патрубки для подачи очищаемого газа каждого корпуса соединены с одним общим коллектором для очищаемого газа, достигается увеличение эффективности мокрой очистки газа без увеличения габаритов и усложнения конструкции системы. Газ подается только в один коллектор и разделяется на потоки уже на входе в устройства для мокрой очистки газа. Такое решение позволяет увеличить количество обрабатываемого газа без увеличения количества трубопроводов для подачи потоков газа, устройств для нагнетания газа в патрубки и, соответственно, потребления электроэнергии. Заявленная система позволяет использовать независимые устройства для мокрой очистки газа от одного источника, с использованием независимых потоков жидкости, что обеспечивает возможность удерживания газо-жидкостного слоя для эффективной очистки газа в каждом из устройств. Данное решение позволяет использовать ресурсы системы с максимальной эффективностью, так как не требуется увеличение мощности потоков подаваемой жидкости для эффективной очистки большого объема газа в связи с разделением потока газа и его очищения несколькими устройствами для мокрой очистки газа.
За счет того, что патрубки для отвода очищенного газа соединены с одним общим коллектором для отвода очищенного газа, весь очищенный газ может централизовано подаваться в одну емкость для сбора очищенного газа или в атмосферу. При этом, отсутствует необходимость в установке дополнительных емкостей или трубопроводов, количество которых будет соответствовать количеству устройств для мокрой очистки газа.
Таким образом, заявленная система характеризуется максимальной эффективностью очистки больших объемов газа, технологичностью, связанной с простотой сборки и технического обслуживания конструкции, обладающей сравнительно небольшими габаритами и общими вспомогательными устройствами для осуществления ее работы, и безопасностью, обусловленной возможностью использования независимых потов жидкости сравнительно небольшой мощности для очистки большого объема газа, исключающее возникновение аварийной ситуации при повреждении трубопровода для подачи жидкости.
Выполнение канала для подвода очищаемого 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.
Предпочтительно корпус состоит из, как минимум, двух частей, расположенных одна над другой, каждая из которых представляет собой цилиндрический корпус с фланцами, выполненными с возможностью соединения частей корпуса друг с другом. Такая конструкция обеспечивает удобство сборки и технического обслуживания системы. При необходимости, корпус может быть легко демонтирован для доступа во внутреннее пространства устройства для мокрой очистки газа.
В предпочтительном варианте 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. При этом нижний диск смесительного блока жестко закреплен между фланцами частей корпуса. 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.
Выполнение основания сепарационного блока, расширяющегося книзу 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 нижнего 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. Лопатки сепарационного блока ориентированы в противоположную сторону, чем лопатки смесительных блоков, что 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.
Заявляемое техническое решение далее поясняется с помощью фигур, на которых условно представлен один из возможных вариантов исполнения системы для очистки газа.
На фиг. 1 представлен общий вид системы для очистки газа с коаксиальными патрубками для подвода газа.
На фиг. 2 представлен общий вид системы для очистки газа с каналами для подвода газа, выполненными по криволинейной линии с переменным радиусом кривизны.
На фиг. 3 представлен вид системы для очистки газа с каналами для подвода газа, выполненными по криволинейной линии с переменным радиусом кривизны сбоку.
На фиг. 4 представлен вид системы для очистки газа с каналами для подвода газа, выполненными по криволинейной линии с переменным радиусом кривизны сверху.
На фиг. 1-4 цифрами отмечены следующие элементы системы:
- корпус (1) устройства для мокрой очистки газа;
- патрубок (2) с каналом для подвода очищаемого газа;
- патрубок (3) с каналом для подвода жидкости;
- патрубок (4) с каналом для отвода очищенного газа;
- патрубок (5) с каналом для отвода жидкости;
- коллектор (6) для очищаемого газа;
- коллектор (7) для очищенного газа.
Далее, со ссылками на фигуры описана конструкция системы для очистки газа.
Система для очистки газа включает, по меньшей мере, два цилиндрических вертикально ориентированных корпуса (1). Предпочтительно каждый корпус состоит из, как минимум, двух частей, расположенных одна над другой, каждая из которых представляет собой цилиндрический корпус с фланцами, выполненными с возможностью соединения частей корпуса друг с другом.
В верхней части каждого корпуса (1) выполнен патрубок (3) с каналом для подвода жидкости и патрубок (2) с каналом для подвода очищаемого газа. Канал для подвода газа в устройство для мокрой очистки газа может быть выполнен по криволинейной линии с переменным радиусом кривизны (тангенциальный патрубок) (фиг. 2-4), или коаксиальным к корпусу (1) (фиг. 1).
В нижней части каждого корпуса (1) выполнен патрубок (5) с каналом для отвода жидкости и патрубок (4) с каналом для отвода очищенного газа. Патрубков (3) для подвода жидкости в каждый корпус (1) может быть несколько, в соответствии с количеством смесительных блоков в конструкции устройства.
В каждом корпусе (1) установлен, по меньшей мере один смесительный блок, и размещенный под ним сепарационный блок. Предпочтительно смесительный блок включает обечайку с щелями в стенках, образованными лопатками, расположенными под углом к касательной к окружности, при этом 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. Нижний диск смесительного блока может быть жестко закреплен между фланцами частей корпуса. Данный пример реализации смесительного блока не ограничивает возможные варианты исполнения заявленного решения, существуют и другие, очевидные для специалиста в уровне техники, устройства для смешения потоков жидкости и газа.
Под смесительным блоком размещен сепарационный блок. Предпочтительно сепарационный блок содержит нижнее основание, расширяющееся книзу, выполненное в форме на основе усеченного конуса, и дополнительно содержит козырек, выполненный по периметру нижнего основания сепарационного блока и образующий щель между сепарационным блоком и внутренней поверхностью стенок корпуса (1). Сепарационный блок может также включать лопатки, ориентированные в сторону, противоположную стороне, в которую ориентированы лопатки смесительного блока. Данный пример реализации сепарационного блока не ограничивает возможные варианты исполнения заявленного решения, существуют и другие, очевидные для специалиста в уровне техники, устройства для разделения газожидкостной смеси на отдельные потоки жидкости и газа.
Патрубки (2) с каналами для подвода очищаемого газа соединены с одним общим коллектором (6) для очищаемого газа, а патрубки (4) с каналами для отвода очищенного газа соединены с одним общим коллектором (7) для очищенного газа.
Заявленная система для очистки газа может быть использована следующим образом.
Очищаемый газ, через коллектор (6), подается в патрубки (2) для подвода газа в корпус (1) каждого из устройств для мокрой очистки газа. В патрубки (3) для подвода жидкости в корпус (1) каждого из устройств для мокрой очистки газа подается жидкость, например, вода, для очистки газа.
Жидкость и очищаемый газ заполняют пространство первого смесительного блока в каждом корпусе (1), предпочтительно, через равномерно расположенные по боковой поверхности отверстия в обечайке. Лопатки смесительного блока, расположенные под углом к касательной к окружности обечайки, образующие щели в ней, являются единственным входом в смесительный блок для смеси газожидкостного потока, так как сверху обечайка закрыта верхним диском, а снизу обечайка закреплена на нижнем диске, который герметично и жестко закреплен на стенках корпуса (1) с помощью фланцев. Газожидкостный поток, проходя через щели обечайки, движется по лопаткам, что задает ему вращательное круговое движение по направлению лопаток. Под действием центробежных сил жидкость, поступающая в смесительный блок, прижимается к внутренней поверхности обечайки, где постоянно раскручивается поступающим газом. При этом внутри смесительного блока образуется газожидкостное кольцо, удерживаемое на внутренних поверхностях обечайки. 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, дойдя до центрального отверстия нижнего диска. При этом сам смесительный блок остается неподвижным, вращается только газожидкостное кольцо. Далее через отверстие нижнего диска газожидкостный поток поступает во второй смесительный блок, 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 для требуемых параметров смешивания, то устройство может быть снабжено любым количеством аналогичных блоков, обеспечивающих 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 газожидкостная смесь попадает в сепарационный блок, где происходит разделение жидкой фазы и газа. При этом поток, продолжая двигаться по спирали, спускается по конусообразной поверхности нижнего основания сепарационного блока и, проходя между лопатками, получает дополнительное ускорение. Далее поток ударяется о стенки корпуса (1), жидкость, с содержащимися в ней частицами пыли стекает вниз и удаляется через патрубок (5) для отвода жидкости, а газ выходит через патрубок (4) для отвода газа. Козырек, выполненный по периметру сепарационного блока и образующий щель между сепарационным блоком и внутренней поверхностью стенок корпуса (1), не позволяет жидкости стекать по внешней нижней поверхности конусообразного основания и предотвращает попадание жидкости в отвод для очищенного газа. При этом жидкость, выводимая через сливной патрубок (5), может быть собрана в резервуаре и после очистки вновь возвращена в смесительный блок через патрубок (3), рециркулируя, таким образом, по замкнутому кругу. В то же время, очищенный газ, прошедший несколько смесительных блоков, после сепарационного блока, из корпуса (1) каждого устройства для мокрой очистки газа, поступает в патрубок (4), затем, в один общий коллектор (7) для очищенного газа.
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, конструкция системы для очистки газа может быть изготовлена разных размеров, цветов и конфигураций.