ТУМАНОУЛОВИТЕЛЬ
MIST EXTRACTOR

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для разделения газа и жидкости, применяемому в области промышленности, которое, в частности, представляет собой туманоуловитель нового типа, предназначенный для применения в промышленности.
Уровень техники
Разделение газа и жидкости представляет собой часто встречаемый в области промышленности технологический процесс; в процессе десульфурации мокрым способом небольшой размер частиц во взвеси способствует быстрому прохождению газожидкостной реакции, но дымовые газы после десульфурации могут из-за этого пропитывать капли тумана взвеси; капли тумана с малым размером частиц легко выводятся в потоке газа, что приводит к загрязнению и серьезной коррозии вентиляторов, теплообменников и дымоходов, поэтому очищаемые дымовые газы необходимо подвергать улавливанию тумана перед тем, как они покинут поглотительную колонну. У большей части существующих туманоуловителей эффективность удаления капель тумана с размером частиц 20 микрометров может доходить до приблизительно 70%, но эффективность удаления капель тумана с размером частиц 10 микрометров составляет лишь приблизительно 30%; основной причиной, по которой размер твердых частиц, выходящих из колонны для десульфурации, превышает норму, является образование твердых частиц, выносимых в каплях тумана, поэтому эффективное решение заключается именно в уменьшении капель тумана или уменьшении количества выпускаемых твердых частиц в каплях тумана, то есть в повышении эффективности разделения газа и жидкости в дымовых газах после очищения.
Суть изобретения
Для решения проблем, связанных со сравнительно низкой эффективностью существующих очистных устройств в отношении удаления капель тумана с малым размером частиц и с тем, что содержание капель тумана и твердых частиц в выпускаемом газе сравнительно трудно сохранять соответствующим норме, согласно настоящему изобретению предложен туманоуловитель нового типа с высокой эффективностью удаления.
Предложенное согласно настоящему изобретению техническое решение представлено ниже.
Туманоуловитель нового типа, который содержит один или более модулей для улавливания тумана, отличающийся тем, что указанный модуль для улавливания тумана содержит трубки для направления потока, первичные комплекты лопаток для закручивания потока, установленные в отверстиях для входа газа трубок для направления потока, и трубки для сбора жидкости, установленные снаружи трубок для направления потока; одна трубка для сбора жидкости внутри снабжена по меньшей мере одной трубкой для направления потока; боковые стенки указанных трубок для направления потока снабжены конструкциями для пропускания воды; между поверхностью внешней стенки трубок для направления потока и поверхностью внутренней стенки трубок для сбора жидкости оставлены промежутки для обеспечения промежуточных приемных полостей.
В дополнительных усовершенствованных или оптимизированных вариантах осуществления, основанных на вышеуказанном решении, дополнительно предусмотрено следующее.
Указанная промежуточная приемная полость внизу снабжена нижней пластиной; в месте контакта с самой нижней частью нижней пластины стенка основной части трубки для сбора жидкости снабжена выемкой; указанная выемка расположена под самой нижней частью нижней пластины и выполнена в сообщении с промежуточной приемной полостью, что обеспечивает возможность вытекания скопившейся в промежуточной приемной полости жидкости из трубки для сбора жидкости и из выемки для выведения наружу.
Для обеспечения возможности еще более эффективного выведения капель тумана, скопившихся в трубках для направления потока, в промежуточные приемные полости указанные промежуточные приемные полости могут сообщаться с внешними устройствами, чтобы обеспечивалось отрицательное давление, соответствующее давлению газа в трубках для направления потока; в то же время, если туманоуловитель применяется для отделения чистых капель тумана в газе, промежуточные приемные полости дополнительно могут быть снабжены водопоглощающим материалом.
При использовании туманоуловителя для отделения капель тумана с очень малым размером частиц, например капель тумана с размером частиц от приблизительно 10 до приблизительной 100 нанометров, за первичными комплектами лопаток для закручивания потока внутри указанных трубок для направления потока можно расположить несколько вторичных комплектов лопаток; для предотвращения повышения потерь давления в туманоуловителе из-за увеличения количества комплектов лопаток центральные элементы вторичных комплектов лопаток для закручивания потока установлены в полой основной части, но указанные центральные элементы выступают со стороны, обращенной к потоку газа, относительно места забора газа лопатками вторичного комплекта лопаток для закручивания потока. Соответственно, указанная промежуточная приемная полость также разделена на отдельные отсеки приемной полости, при этом каждый отсек приемной полости собирает капли жидкости, отделенные на каждой ступени соответствующим комплектом лопаток для закручивания потока; верхний отсек приемной полости посредством отверстия для отведения воды выполнен в сообщении с нижним отсеком приемной полости или выполнен в сообщении с внешней конструкцией для отведения воды. Трубки для сбора жидкости соседних модулей для улавливания тумана соединены посредством крепежных элементов; указанные крепежные элементы содержат основание, зажимы, прикрепленные к основанию, и трубку для отведения воды, соединенную с основанием внизу; при соединении друг с другом соседних модулей для улавливания тумана указанные крепежные элементы закреплены в месте, в котором трубки для сбора жидкости снабжены указанными выемками, при этом выемки и трубка для отведения воды пребывают в сообщении друг с другом.
Стенка основной части указанной трубки для сбора жидкости получена последовательным соединением нескольких пластин стенки; угол между соседними пластинами стенки составляет 120°; указанные выемки расположены в области углов трубки для сбора жидкости.
Конструкция для пропускания воды указанных трубок для направления потока получена любым из представленных ниже способов:
а) в стенке основной части трубки для направления потока, по периметру выполнено несколько пазов для получения указанной конструкции для пропускания воды;
b) основная часть указанной трубки для направления потока полностью или частично выполнена из нескольких заслонок, расположенных по кругу, при этом между заслонками оставлены промежутки для получения конструкции для пропускания воды и указанные заслонки представляют собой прямые пластины или искривленные пластины;
c) стенка основной части указанной трубки для направления потока снабжена водопроницаемой сеткой, пленкой или фильтровальной тканью.
Предпочтительно, поперечное сечение указанных искривленных пластин представляет собой кривую линию с пропорционально увеличивающейся кривизной.
Указанные пластины для закручивания потока содержат комплект лопаток и опорные элементы для закрепления лопаток; лопатки в указанном комплекте лопаток расположены кольцом; между соседними лопатками образован наклонный канал для потока; указанные лопатки представляют собой искривленные пластины; поперечное сечение указанных искривленных пластин представляет собой кривую линию с постепенно изменяющейся кривизной, кривизна которой пропорционально увеличивается в направлении прохождения потока газа.
Указанные лопатки в области плавно изогнутых концов искривленных участков могут быть дополнительно продолжены прямыми пластинами.
Предпочтительно, указанная кривая линия (трубок для направления потока и лопаток) представляет собой эвольвенту после коррекции, уравнение кривой которой следующее:
где ϕ - угол развертывания, r - радиус основной окружности, k - коэффициент коррекции.
Преимущества
Туманоуловитель согласно настоящему изобретению с целью применения устанавливается в устройствах для обработки газа; входящий в устройство для улавливания тумана газ после прохождения через первичный комплект лопаток для закручивания потока образует вихревой поток, центром которого является линия центральной оси трубки для направления потока; содержащиеся в дымовом газе капли тумана отбрасываются на стенки трубок для направления потока и посредством конструкций для пропускания воды на стенках трубок для направления потока попадают в промежуточные приемные полости между трубками для направления потока и трубками для сбора жидкости и выводятся из приемных полостей; в процессе улавливания тумана газ и жидкость проходят по разным каналам, и можно снизить вероятность повторного попадания капель тумана в газ, что значительно повышает эффективность удаления. Дополнительная установка предпочтительных лопаток для улавливания тумана обеспечивает то, что в процессе прохождения газа через комплекты лопаток для закручивания потока кривая линия лопаток с постепенно изменяющейся кривизной способствует улавливанию капель жидкости или пыли под действие непрерывно изменяющихся сил инерции кривыми поверхностями лопаток, при этом эффективность удаления высокая. Конструкция туманоуловителя согласно настоящему изобретению является новой и характеризуется простотой обработки и изготовления. Конструкция модуля для улавливания тумана также является удобной в отношении производства, транспортировки, осуществления сборки и демонтажа и выполнения технического обслуживания; модули для улавливания тумана можно объединять для получения туманоуловителей с разным диаметром и разным количеством ступеней, а силу сопротивления можно регулировать установкой определенного числа ступеней, поэтому его диапазон применения является широким.
Описание прилагаемых графических материалов
Фиг. 1 - трехмерное схематическое изображение сверху конструкции туманоуловителя согласно варианту осуществления 1;
Фиг. 2 - трехмерное схематическое изображение снизу конструкции туманоуловителя по Фиг. 1;
Фиг. 3 - схематическое изображение снизу конструкции туманоуловителя по Фиг. 1;
Фиг. 4 - схематическое изображение конструкции туманоуловителя согласно варианту осуществления 2;
Фиг. 5 - схематическое изображение конструкции трубки для сбора жидкости туманоуловителя согласно варианту осуществления 2;
Фиг. 6 - схематическое изображение 1 в частичном разрезе конструкции модуля для улавливания тумана;
Фиг. 7 - схематическое изображение конструкции выемки в трубке для сбора жидкости;
Фиг. 8 - схематическое изображение 2 в частичном разрезе конструкции модуля для улавливания тумана;
Фиг. 9 - схематическое изображение 3 в частичном разрезе конструкции модуля для улавливания тумана;
Фиг. 10 - схематическое изображение конструкции трубки для направления потока согласно варианту осуществления 1;
Фиг. 11 - схематическое изображение конструкции трубки для направления потока согласно варианту осуществления 2;
Фиг. 12 - схематическое изображение конструкции трубки для направления потока согласно варианту осуществления 3;
Фиг. 13 - трехмерное схематическое изображение конструкции согласно одному варианту осуществления крепежных элементов;
Фиг. 14 - схематическое изображение сбоку конструкции крепежных элементов по Фиг. 13;
Фиг. 15 - схематическое изображение сверху конструкции крепежных элементов по Фиг. 13;
Фиг. 16 - схематическое изображение конструкции согласно одному варианту осуществления пластин для закручивания потока;
Фиг. 17 - схематическое изображение конструкции лопатки согласно варианту осуществления 1;
Фиг. 18 - схематическое изображение конструкции лопатки согласно варианту осуществления 2;
Фиг. 19 - схематическое изображение конструкции вторичного комплекта лопаток;
Фиг. 20 - схематическое изображение конструкции туманоуловителя согласно варианту осуществления 3.
Конкретные способы осуществления
Для более подробного объяснения технического решения согласно настоящему изобретению и принципов его конструкции ниже настоящее изобретение представлено более подробно со ссылками на прилагаемые графические материалы и конкретные варианты осуществления.
Вариант осуществления 1
Как показано на Фиг. 1, 2, 3 и 6, туманоуловитель нового типа содержит несколько соединенных, выполненных в виде сотовой конструкции модулей 1 для улавливания тумана, при этом модуль 1 для улавливания тумана содержит трубки 11 для сбора жидкости, трубки 12 для направления потока и комплекты 13 лопаток для закручивания потока; при этом трубка 11 для сбора жидкости окружает трубку 12 для направления потока и одна трубка 11 для сбора жидкости внутри снабжена по меньшей мере одной трубкой 12 для направления потока. В трубке 12 для направления потока установлен первичный комплект 13 лопаток для закручивания потока, расположенный со стороны ее конца с отверстием для входа газа. Боковые стенки указанных трубок 12 для направления потока снабжены конструкциями для пропускания воды; между поверхностью внешней стенки трубки 12 для направления потока и поверхностью внутренней стенки трубки 11 для сбора жидкости оставлен промежуток для обеспечения промежуточной приемной полости 14 для пропускания воды, при этом указанная промежуточная приемная полость 14 в нижней части выполнена в сообщении с внешней конструкцией для отведения воды.
Основная часть указанной трубки 11 для сбора жидкости предпочтительно выполнена в виде правильного шестиугольника для обеспечения возможности бесшовного соединения соседних модулей для улавливания тумана. Указанная промежуточная приемная полость 14 внизу снабжена бабочкообразной нижней пластиной; нижняя пластина в самой нижней части установлена в области углов трубки 11 для сбора жидкости. В месте контакта с самой нижней частью нижней пластины стенка основной части трубки 11 для сбора жидкости снабжена короткой фаской 111 для получения выемки, как показано на Фиг. 1 и 7; указанная выемка расположена под самой нижней частью нижней пластины промежуточной приемной полости 14 и посредством отверстия 112 для пропускания воды сообщается с промежуточной приемной полостью 14, чтобы скопившаяся жидкость в промежуточной приемной полости 14 могла вытекать из трубки 11 для сбора жидкости из выемки для удобства выведения наружу. Указанные трубки 12 для направления потока могут быть выполнены в виде цилиндра или правильного шестиугольника.
Трубки 11 для сбора жидкости соседних модулей для улавливания тумана соединены посредством крепежных элементов 3, как показано на Фиг. 13, 14 и 15; указанные крепежные элементы 3 содержат треугольное основание 32, три зажима 31, прикрепленные к основанию, и трубку 33 для отведения воды, соединенную с основанием внизу. При скреплении друг с другом соседних модулей для улавливания тумана указанные крепежные элементы 3 зажимают три соседних модуля для улавливания тумана в местах соединения, при этом короткая фаска 111 трубки для сбора жидкости снабжена соответствующим отверстием для зажима. После соединения трех соседних модулей для улавливания тумана друг с другом три трубки 11 для сбора жидкости соединены и объединяют выемки в месте соединения для получения полости в виде треугольной призмы, при этом основание 32 крепежных элементов 3 закрывает указанную полость в виде треугольной призмы в нижней части, чтобы вытекающую из промежуточной приемной полости 14 скопившуюся жидкость посредством выемки собирать в трубку 33 для отведения воды крепежных элементов 2 и непосредственно выводить посредством трубки 33 для отведения воды или за счет сообщения трубок 33 для отведения воды с горизонтальным трубопроводом 2, обеспечивающим опору туманоуловителю, выпускать ее посредством горизонтального трубопровода 2 из системы очистки.
Указанный первичный комплект 13 лопаток для закручивания потока содержит множество лопаток и опорные элементы для закрепления лопаток, при этом указанные опорные элементы содержат внешнюю раму 131 и центральный элемент 134; лопатки расположены кольцом внутри рамы 131, при этом между соседними лопатками образован наклонный канал для потока. Лопатки в указанном комплекте лопаток содержат длинные лопатки 132 и несколько коротких лопаток 133 разной длины; указанные длинные лопатки внутренним концом прикреплены к центральному элементу 134, а внешним концом соединены с рамой 131; короткие лопатки вставлены между двумя длинными лопатками 132, при этом своим внешним концом они прикреплены к раме 131, а внутренним концом не контактируют с центральным элементом 134; за счет вышеуказанного расположения исключается слишком плотное расположение лопаток в области центрального элемента, вызывающее большую силу сопротивления и приводящее к потерям давления газа. Чтобы повысить прочность установки коротких лопаток, сверху и снизу лопаток можно добавить опорные кольца 17, при этом каждая лопатка соединена с опорными кольцами 17 в средней части.
Вышеуказанные лопатки представляют собой искривленные пластины; поперечное сечение указанных искривленных пластин представляет собой кривую линию с постепенно изменяющейся кривизной, кривизна которой пропорционально увеличивается в направлении прохождения потока газа, как показано на Фиг. 18; в зависимости от требований относительно фактического применения также можно применять сочетание прямых пластин и искривленных пластин, при этом лопатки в области плавно изогнутых концов искривленных участков продолжены прямыми пластинами, и по сравнению с применением только искривленных пластин можно снизить силу сопротивления, как показано на Фиг. 17.
Вариант осуществления 2
Этот вариант осуществления в основном схож с вариантом осуществления 1, но можно дополнительно упростить сотовую конструкцию из трубок 11 для сбора жидкости, при этом трубки 11 для сбора жидкости выполнены такой конструкции, как показная на Фиг. 4 и 5; внутри каждой трубки 11 для сбора жидкости можно разместить несколько трубок 12 для направления потока, при этом стенка основной части трубки 11 для сбора жидкости получена последовательным соединением нескольких пластин стенки равной ширины; угол между соседними пластинами стенки составляет 120°; указанные выемки расположены в области углов трубки 11 для сбора жидкости, при этом каждая трубка 12 для направления потока расположена напротив по меньшей мере одной пластины стенки трубки для сбора жидкости.
Вариант осуществления 3
При использовании туманоуловителя для отделения капель тумана с очень малым размером частиц, например капель тумана с размером частиц от приблизительно 10 до приблизительной 100 нанометров, за первичными комплектами 13 лопаток для закручивания потока внутри указанных трубок для направления потока можно расположить несколько вторичных комплектов 15 лопаток для закручивания потока; для предотвращения повышения потерь давления в туманоуловителе из-за увеличения количества комплектов лопаток центральные элементы 151 вторичных комплектов 15 лопаток для закручивания потока установлены в полой основной части, но указанные центральные элементы 151 выступают со стороны, обращенной к потоку газа, относительно места забора газа лопатками вторичного комплекта лопаток для закручивания потока. Соответственно, указанная промежуточная приемная полость также разделена на отдельные отсеки приемной полости, при этом каждый отсек приемной полости собирает капли жидкости, отделенные на каждой ступени соответствующим комплектом лопаток для закручивания потока; верхний отсек приемной полости посредством отверстия для отведения воды выполнен в сообщении с нижним отсеком приемной полости или выполнен в сообщении с внешней конструкцией для отведения воды.
Как показано на Фиг. 19 и 20, в отверстии для входа газа на одной стороне трубки для направления потока установлен первичный комплект 13 лопаток для закручивания потока, а за ним установлен вторичный комплект 15 лопаток для закручивания потока, при этом соответствующие отсеки приемной полости для двух комплектов лопаток не выполнены в сообщении друг с другом и отводят воду отдельно друг от друга.
Согласно настоящему изобретению:
Указанные трубки 12 для направления потока без ограничения выполнены в виде следующего: 1) прямой трубки, 2) конической трубки, 3) сочетания прямой трубки и конической трубки. Диаметр указанной конической трубки постепенно уменьшается в направлении потока газа.
Конструкция для пропускания воды указанных трубок 12 для направления потока может быть получена любым из представленных ниже способов:
a) в стенке основной части трубки 12 для направления потока, по периметру выполняют несколько наклонных пазов с получением указанной конструкции для пропускания воды, как показано на Фиг. 12;
b) всю основную часть указанной трубки 12 для направления потока выполняют из нескольких заслонок, расположенных по кругу, при этом между заслонками оставляют промежутки с получением конструкции для пропускания воды и указанные заслонки представляют собой прямые пластины или искривленные пластины, как показано на Фиг. 10;
или указанную трубку 12 для направления потока делят на верхнюю и нижнюю части, как показано на Фиг. 11, при этом основная часть нижней части представляет собой прямую трубку или коническую трубку, а основную часть верхней части выполняют из нескольких заслонок, расположенных по кругу, при этом между заслонками оставляют промежутки с получением указанной конструкции для пропускания воды; в основной части нижней части при необходимости выполняют пазы с получением конструкции для пропускания воды; указанные заслонки представляют собой предпочтительно искривленные пластины, в частности искривленные пластины с изменяющейся кривизной. Диаметр указанной конической трубки постепенно уменьшается сверху вниз (в направлении потока газа);
c) стенку основной части указанной трубки 12 для направления потока выполняют из водопроницаемой сетки и пленки или из фильтровальной ткани и жесткой сетки и опорных элементов для пленки или фильтровальной ткани.
Заслонки для получения конструкции для пропускания воды трубки 12 для направления потока и лопатки представляют собой искривленные пластины, у которых форма кривой линии поперечного сечения представляет собой предпочтительно эвольвенту после коррекции, конкретное уравнение кривой которой следующее:
где ϕ - угол развертывания, r - радиус основной окружности, k - коэффициент коррекции.
В вышеуказанных вариантах осуществления капли тумана в газе, входящем в туманоуловитель, при прохождении через комплекты лопаток для закручивания потока улавливаются лопатками, и образуется жидкая пленка, которая впоследствии способствует непрерывному улавливанию капель тумана, за счет чего можно удалить большую часть капель тумана; после того как жидкая пленка достигает определенной толщины, ее часть образует капли жидкости, которые падают с лопаток, и часть посредством потока газа попадает в полость трубки для направления потока. Газ, проходящий через искривленные пластины для закручивания потока и улавливания тумана, образует вихревой поток; оставшаяся часть капель тумана и часть жидкой пленки, после того как они отбрасываются на стенку основной части трубки для направления потока, посредством конструкции для пропускания воды на стенке трубки для направления потока попадают в промежуточную приемную полость между трубкой для направления потока и трубкой для сбора жидкости и выводятся.
Туманоуловитель согласно настоящему изобретению благодаря сочетанию разных способов обработки, например отделения посредством поверхностей с постепенно изменяющейся кривизной, инерционной сепарации и т.п., обеспечивает многократную обработку газа, в то же время удаленные капли тумана выводятся посредством трубок для сбора жидкости; кроме того, эффективность удаления частиц в части эффективности удаления капель тумана с размером частиц 10 нанометр достигает приблизительно 90%, а сила сопротивления составляет лишь несколько гектопаскаль (при скорости потока газа 5 м/с).
Выше были показаны и описаны основные принципы и основные особенности настоящего изобретения, а также преимущества настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть понятным то, что настоящее изобретение не ограничивается вышеизложенными вариантами осуществления и что представленное в вышеизложенных вариантах осуществления и описании предназначено исключительно для описания принципов настоящего изобретения, поэтому без отклонения от идеи и объема настоящего изобретения в настоящее изобретение также можно внести изменения и модификации, при этом объем правовой защиты настоящего изобретения определяется посредством прилагаемой формулы изобретения, описания и их эквивалентов.