Устройство для очистки газов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ, содержащее последовательно подсоединенные теплообменник с горячей и холодной полостями, вихревую трубу с охладителем внешней поверхности и сепаратор, при этом вход горячей полости теплообменника соединен с источником загрязненного газа, выход - с входом вихревой трубы, а вход холодной полости - через регулятор расхода с выходом сепаратора, отличающееся тем, что,с целью повышения эффективности очистки путем укрупнения сепарируемых частиц, оно снабжено дополнительным сепаратором и конденсатором, выполненным в виде осевой, внутренней и внешней коаксиальных замкнутых камер , при этом сепаратор установлен на выходе из внутренней камеры, вход которой соединен с выходом теплообменника и сообщен выходом с атмосферой, вход осевой камеры подсоединен к вы- S ходу охладителя, а выход сообщен с (Л атмосферой, вход внешней камеры подсоединен к выходу сепаратора, а вр 1ходк входу холодной полости теплообменника .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (111

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ .К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГП1Й (21) 3647788/23-26 (22) 11.07.83 (46) 23.12.84. Бюл,Ф 47 (72) Н.К.Тюрин, Н.Я.Романов, В.Н.Матвеев, В.И.Каверин и М.-I.Ìîâ÷àí (53) 66.074.1(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

11 - 303085, кл. В 01 D 45/06, 1966.

2.Мартынов А.В., Бродянский В.M.

Что такое вихревая труба.М., "Энергия", 1976, с.142, рис.4-22(прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ

ГАЗОВ, содержащее последовательно подсоединенные теплообменник с горячей и холодной полостями, вихревую трубу с охладителем внешней поверхности и сепаратор, при этом вход горячей полости теплообменника соедиЗао В Р !2 В04С700 нен с источником загрязненного газа, выход — с входом вихревой трубы, а вход холодной полости — через регуля\ тор расхода с выходом сепаратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения эффективности очистки путем укрупнения сепарируемых частиц, оно снабжено дополнительным сепаратором и конденсатором, выпол1 ненным в виде осевой, внутренней и внешней коаксиальных замкнутых камер, при этом сепаратбр установлен на выходе из внутренней камеры, вход которой соединен с выходом теплообменника и сообщен выходом с атмосферой, вход осевой камеры подсоединен к вы- @ ходу охладителя, а выход сообщен с атмосферой, вход внешней камеры подсоединен к выходу сепаратора, а выход- атее к входу холодной полости теплообменника. \

1 113О3

Изобретение относится к очистке газа от легкокипящих примесей и может найти применение для выделения токсичных составляющих, например окислов азота, из газовой смеси, движущейся под действием избыточного давления.

Известны устройства низкотемпературкой сепарации газа, содержащие генераторы холода, теплообменники, Ip сепараторы (1 ).

Однако такие устройства конструк .. тивно сложны и дороги в эксплуатации, так как на получение низких температур затрачивается большое количество

1 энергии.

Известно также устройство для низкотемпературной сепарации газа, содержащее дополнительно в качестве генератора холода вихревую трубу, в 2б которой потенциальная энергия газа (давление газа ), подаваемого на очист. ку, используется для охлаждения газа и конденсации содержащихся в нем .токсичных примесей. Устройства поз- 2S воляют существенно снизить затраты на очистку там, где имеется избыточное давление газа, например при очистке природного газа из скважин . от тяжелых углеводородов 12).

Однако нри использовании.известного устройства для очистки газа, на" пример, от окислов азота степень очистки гораздо меньше ожидаемой, так как при выделении пара очищаемых веществ из газового потока вымораживанием практически всегда образует ся пересыщеннь!й пар. Это приводит к конденсации пара в объеме и образованию аэрозоля, количество которого на выходе может во много раз превышать его содержание на входе устройства.

На выходе вихревой трубы происходит конденсация оставшихся в потоке токсичных веществ (окислов азота) непосредственно в объеме вихревой трубы с образованием мелкодисперсного тумана, причем размеры жидких капель на выходе из диафрагмы холодного потока лежат в диапазоне от 0,09 до 0,35 мкм. При экплуатации инерционных и вихревых газоочистителей частицы или капли жидкости размером (радиусом ) меньше 1 чкм практически не выводятся из газового потока.

Следовательно, при подаче газового потока (с выхода вихревой трубы } с

79 содержащимися в нем мелкоднсперсными каплями в сепаратор отделения мелкодисперсных частиц в нем не будет.

Таким образом, при использовании известного устройства для очистки газа действительное значение, степени очистки не превышает 80-857.

Цель изобретения — повышение эффективности очистки путем укрупнения сепарируемь х частиц.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для очистки газов, со" держащее последовательно подсоединенные теплообменник с горячей и холод" ной полостями, вихревую трубу с охладителем внешней поверхности и сепаратор, при этом вход горячей полости теплообменника соединен с источником загрязненного. газа, выход — с входом вихревой трубы, а вход холодной полости — через регулятор расхода с выходом сепаратора, снабжено дополнительным сепаратором и конден-. сатором, выполненным н виде осевой, внутренней и внешней коаксиальных замкнутых камер, при этом сепаратор установлен на выходе из внутренней ка-мерЫ, вход которой соединен с выходом теплообменника и сообщен выходом с атмосферой,вход осевой камеры подсоедиI нен к выходу охладителя, а выход.— сообщен с атмосферой, вход внешней камеры подсоединен к выходу сепаратора, а выход — к входу холодной полости теплообменника.

На фиг.! изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — узел

1 на фиг.!.

Устройство содержит регенеративный теплообменник I с горячей и холоцной полостями. Вход (штуцер) 2 в горячую полость связан с источником газа, содержащим токсичные примеси (не показан ), а выход 3 — с входом (штуцером ) 4 в вихревую трубу 5.

Горячий конец вихревой трубы 5 снабжен кожухом б, через полость 7 которого прокачивается охладитель, например вода. На выходе холодного потока. охлаждаемой вихревой трубы установлен вихревой сепаратор 8, выход которого через дроссельную шайбу (регу ятор расхода) 9 заведен на вход IO холодной полости теплообменника 1. На выходе устройства размещен конденсатор

11, который содержит три замкнутые осесимметричные камеры (полости)— осевую 12, внутреннюю 13 и внешнюю з !!303

14. Вход в осевую полость 12 через трубопровод 15 соединен с выходом

16 охладителя вихревой трубы 5, а выход — через сливной патрубок 17 с атмосферой. Вход во внутреннюю полость 13 через трубопровод 18 сообщен с выходом 19 холодной полости теплообменника 1, а выход — через трубопровод 20 и дополнительный сепаратор 21 с окружающей средой. Вход IO во внешнюю полость 14 через трубопровод 22 соединен с выходом сепаратора

8„ а выход — через трубопровод 23 с входом !0 в холодную полость теплообменника I. Регенеративный теплообменник 1, сепараторы 8 и 2! и конденсатор 1! снабжен соответственно штуцерами 24 — 27 слива конденсата, которые через трубопроводы 28-3! с запорными органами 32-35 сообщаются. 2О с линией 36 слива конденсата.

Устройство работает следующим образом.

Газ, содержащий токсичные примеси, 25 из источника загрязнения с избыточным давлением поступает через штуцер 2 в горячую полость регенеративного теплообменника I, где происходят охлаждение протекающего по нему газа и частичное осаждение токсичных веществ на его теплообменной поверхности. С выхода теплообменника газ через штуцер 4 поступает во внутреннюю полость охлаждаемой вихревой трубы 5, где за счет вихревого эффекта 35 происходят закрутка газа и его интенсивное охлаждение. За счет интенсивного понижения температуры газа происходит конденсация оставшегося в газовом потоке пара токсичных ве- 4!! ществ непосредственно в объеме с образованием аэрозольного облака с размером частиц от 0,09 до 0,35 мкм.

Кро; е аэрозоля, в газовом потоке на выходе вихревой трубы присутствуют крупные капли жидкости, вынесенные потоком из теплообменника и со стенок вихревой трубы. При попадании такой смеси в центробежный сепаратор 8 крупные капли отделяются, а 50 аэрозольные капли с размером капель, до 1 мкм проходят без сепарации дальше по потоку. На выходе вихревого сепаратора 8 холодный поток газа разделяется на два. Один из них по трубопроводу 22 направляется во внешнюю полость 14 конденсатора Ii, проходя которую, он нагрезается и поступает

79 вместе с вторым потоком, прошедшим дроссельную шайбу 9, на вход 10 холодной полости регенеративного теплообменника 1, в котором проиСходит охлаждение подаваемого на вход. вихревой трубы потока. С выхода 19 реге-. неративного теплообменника частично подогретый газ поступает по трубопроводу 18 во внутреннюю полость 13 конденсатора ll. Нагретое рабочее тело, например, вода, с выхода 16 по трубопроводу 15 направляется в осевую полость 12 конденсатора ll, где охлаждается и через патрубок

17 сливается наружу. Газ, содержащий аэрозольные частицы токсичных веществ с размером до I мкм, попадает во внутреннюю полость конденсатора Il..

Здесь при прохождении газа в узком зазоре между горячей и холодной поверхностями формируется зона устойчивого пересыщения пара, однородного как по сечению, так и вдоль потока.

Мелкие капли у горячей поверхности испаряются, и их пары конденснруются на каплях у холодной поверхности, способствуя их интеноивному росту (фиг.2).Так, например, если расстояние между холодной и горячей стенками 50 мм, длина канала 2000 мм, ско1 рость газового потока 5 мм/с, о а

=35 С и t>= -30 С, то аэрозольные капли радиусом 0,09 — 0,35 мкм вырастают до капель радиусом 5 мкм, которые могут быть легко выведены из потока. Необходимо отметить условие

Й (t it осуществления процесса, при котором возможен рост капель, где:

t температурл газа, подаваемого в конденсатор; температура холодной поверхности конденсатора; температура горячей поверхности конденсатора.

Таким образом, при пропускании мелкодисперсного потока через конденсатор в нем происходит укрупнение ка-. лень до размеров обеспечивающих их осаждепие. Наиболее крупные частицы под действием гравитационного ноля осаждаются в конденсаторе, а оставшиеся — в сепараторе 2I, куда они попадают по трубопроводу 20. Очищенный газ с выхода сепаратора 21 сбрасывается в атмосферу. Выделенный конденсат из теплообменника 1, сепараторив 8 и 2I н конденсатора 11 по тру1130379

ВНИИПИ Заказ 94787 1Й Тираж 681 Подписное

Филиал ППП вПатент"„г.Ужгород, ул.Проектная, 4

3 бопроводам 28 — 31 через открытые запорные органы 32-35 сбрасывается в сливной коллектор 36, откуда он подается на станцию нейтрализации или на повторное использование.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить эффективность очистки газовых потоков от легкокипящих примесей по сравнению с известным на 8-97.