Аппарат для обработки газа

 

Изобретение относится к средствам очистки и тепломассообменной обработки газов. Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности очистки и тепломассообменной обработки газов. Устройство содержит корпус с тангенциальным газоподающим патрубком, выхлопную трубу, сепарационную камеру и закручиватель. Внутри патрубка выхода газа смонтирован каплеуловитель. В аппарате достигается организация четырех ступеней обработки газа: на стенках корпуса, выхлопной трубы и на лопатках закручивателя, внутри выхлопной трубы, в сепарационной камере, в каплеотделителе, размещенном в выходном патрубке газа. 5 ил.

Изобретение относится к средствам очистки к тепломассообменной обработке газов и может быть использовано в химической и топливно-энергетической промышленности, в частности в отопительных котельных на любом топливе.

Известно устройство для обработки газов (авт.св. СССР N 912228 кл. B 01 D 47/02, 1982), включающее корпус с тангенциальным патрубком ввода газа и штуцерами ввода и вывода жидкости, вертикальную выхлопную трубу, установленную соосно с корпусом, сепаратор, патрубок отвода газа и закручиватель, выполненный в виде частично перекрывающих друг друга лопаток, имеющих форму прямоугольной трапеции и прикрепленных к корпусу большими основаниями, а верхними кромками - к трубе, при этом верхние кромки лопаток перекрывают сечение трубы.

Недостатком упомянутого устройства является низкая эффективность тепломассообмена обрабатываемых газов из-за невысокой эффективности срыва капель с поверхности жидкости и дальнейшего их эжектирования в полость выхлопной трубы, что уменьшает поверхность контакта взаимодействующих сред.

Известен также аппарат для обработки газа (RU, патент 2064812, кл. B 01 D 47/02) - ближайший аналог, включающий корпус с поддоном и сепарационной камерой, тангенциальным патрубком входа газа, патрубком выхода газа, размещенную соосно с корпусом выхлопную трубу, закручиватель, выполненный в виде равномерно распределенных по сечению корпуса лопаток, прикрепленных к корпусу и размещенных с примыканием к нижнему обрезу трубы, имеющих форму прямоугольных трапеций и изогнутых в виде цилиндрических поверхностей, ориентированных навстречу потоку газа, установленных с частичным перекрытием друг друга и сечения трубы, верхние торцы сепарационной камеры и выхлопной трубы выполнены со срезом под острым углом к горизонтальной оси и с противоположным наклоном и верхней торец сепарационной камеры заглушен, размещенную в корпусе распределительную камеру для жидкости, выполненную со сплошным кольцевым потолком и днищем, установленным с зазором от стенок корпуса и выхлопной трубы, сообщенную с сепарационной камерой посредством штуцеров для отвода конденсата, пропущенных через кольцевой потолок, снабженную штуцерами для подачи жидкости, установленными под углом к горизонтальной оси с ориентацией в сторону потолка камеры.

Недостатками известного устройства являются: невозможность повышения эффективности тепломассообмена газа с жидкостью из-за недостаточного использования уносимой из аппарата влаги; недостаточная задержка капель влаги в сепарационной камере, что приводит к частичному уносу капель жидкости из аппарата.

Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи повышения эффективности процессов обработки газа путем увеличения процесса тепломассообмена в сепарационной камере, а также за счет организации дополнительной ступени тепломассообмена и, кроме того, повышения эффективности каплеулавливания на выходе газа из аппарата.

Технический результат достигается тем, что в патрубке выхода газа, снабженном поддоном, сообщающимся через щелевое отверстие в стенке с сепарационной камерой, размещен с зазором от дна поддона пластинчатый каплеотделитель (сепаратор), задерживающий капли влаги, уносимые потоком удаляемого из аппарата газа. Задержанные пластинами сепаратора капли стекают по ним в поддон, где подмешиваются к поступающей туда же по сигналу, поступающему от регулятора уровня подпиточной жидкости. Подаваемая в поддон выходного патрубка подпитывающая жидкость охлаждает пластины размещенного в выходном патрубке каплеотделителя, что способствует увеличению тепломассообмена между пластинами каплеотделителя и выходящим потоком газа. Выпадающий на пластины конденсат из уходящих газов вместе с задержанными каплями влаги стекает в поддон. Таким образом, в патрубке выхода газа осуществляется дополнительная ступень тепломассообмена.

Так как поступающая в сепарационную камеру через щелевое отверстие в поддоне выходного патрубка жидкость накапливается на кольцевом потолке, то она также повышает процесс тепломассообмена и таким образом способствует более полному осуществлению этого процесса в сепарационной камере.

Анализ аналогов и прототипа показал, что заявляемое техническое решение является новым. Новизна решения заключается в том, что применена дополнительная ступень тепломассообмена, в которой используется сепаратор, не только улавливающий уносимые потоком газа капли жидкости, но и участвующий в процессе тепломассообмена. Кроме того, применен регулятор уровня, по сигналам которого восполняются потери жидкости на испарение путем подачи (при уменьшении уровня в поддоне аппарата) подпитывающей жидкости в поддон каплеотделителя. Смонтированные на кольцевом потолке распределительной камеры стаканы с отверстиями в стенках образуют вместе со штуцерами, соединяющими сепарационную камеру с распределительной камерой, гидрозатворы, препятствующие стеканию жидкости из сепарационной камеры в распределительную до тех пор, пока уровень жидкости на кольцевом потолке не превысит разность статических давлений газа между входными патрубком и сепарационной камерой, тем самым обеспечивается участие скопившейся на кольцевом потолке жидкости в процессе тепломассообмена с газом в сепарационной камере.

Изобретение является промышленно применимым, так как включает в себя применяемое устройство по патенту N 2064812, снабженное работоспособными, повышающими эффективность тепломассообмена элементами - сепаратором, гидрозатворами и регулятором уровня жидкости.

На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый аппарат в двух проекциях; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - узел С на фиг. 2.

Аппарат для обработки газа включает корпус 1, состоящий из нижней части - поддона 2 и верхней части, образующей сепарационную камеру 3. Сепарационная камера 3 отделена от кольцевого пространства между корпусом и выхлопной трубой 4, расположенной соосно с корпусом, сплошным кольцевым потолком 5, прикрепленным к выхлопной трубе 4. Ниже кольцевого потока 5, выше тангенциального газоподводящего патрубка 6 на выхлопной трубе 4 закреплено с зазором от стенок корпуса 1 и трубы 4 днище 7. Пространство между потолком 5 и днищем образует распределительную камеру 8 для жидкости. В кольцевом потолке 5 закреплены штуцеры 9, закрытые стаканами 10 с отверстиями в стенках, образующие вместе со штуцерами 9 гидрозатворы. В распределительную камеру 8 введены под углом к горизонту штуцеры 11 для подачи жидкости в сторону кольцевого потолка 5.

К сепарационной камере 3 присоединен выходной патрубок 12 для отвода газа, снабженный поддоном 13 со щелевым отверстием 14. В патрубке 12 размещен с зазором от дна поддона 13 пластинчатый каплеотделитель (сепаратор) 15.

К выхлопной трубе снизу примыкают лопатки 16 закручиватели газового потоки. Ниже лопаток 16 к корпусу 1 аппарата присоединен трубой 17 регулятор уровня жидкости, состоящий из корпуса 18, соединенного трубами 19 и 20 с поддоном 2.

В корпусе регулятора уровня 18 размещен датчик уровня 21, соединенный электрически через промежуточное реле 22 с соленоидным клапаном 23, через который по трубе 24 в поддон 13 выходного патрубка газа 12 подается подпитывающая жидкость. Труба 20, через которую осуществляется слив шлама, снабжена вентилем 25.

К корпусу 1 между потолком 5 и днищем 7 прикреплены закрытые съемными крышками патрубки 26 для прочистки зазоров между торцами днища 7, корпуса 1 и трубой 4. Сепарационная камера 3 снабжена сверху закрытым крышкой патрубком с люком 27 для чистки камеры.

Аппарат для обработки газа работает следующим образом.

Вентиль 25 закрывают. На промежуточное реле 22 подается питание приблизительно 220 В, в результате через реле 22 от датчика уровня 21 поступает электрический сигнал на открытие клапана 23, через который по трубе 24 в поддон 13 выходного патрубка газа 12 поступает жидкость, которая через щелевое отверстие 14 поступает на кольцевой потолок 5 и через штуцеры 9 и отверстия в стенках стаканов 10 поступает в распределительную камеру 8, откуда через зазоры между днищем 7, корпусом 1 и выхлопной трубой 4 сливается по стенкам корпуса 1 и трубы 4 в поддон 2, одновременно заполняется через трубы 19 и 20 корпус регулятора 18, по заполнении которого до заданного уровня от датчика уровня 21 поступает сигнал на закрытие соленоидного клапана 23. Таким образом аппарат подготовлен к работе.

Далее, через входной патрубок 6 в аппарат подается обрабатываемый высокотемпературный газ, например, от отопительного котла, а через штуцеры 11 - охлаждающая жидкость (раствор либо морская вода) на кольцевой потолок 5, которая стекает с него на днище 7, а затем начинает равномерно переливаться в зазоры между днищем 7, корпусом 1 и трубой 4 на стенки корпуса 1 и трубы 4, образуя на них пленки жидкости. После подачи жидкости на штуцеры 11 открывают вентиль 25. Поступающий через тангенциальный входной патрубок 6 высокотемпературный газ попадает в кольцевое пространство между корпусом 1 и выхлопной трубой 4, а затем, совершая обороты вокруг трубы 4, опускается вниз, при этом вступает во взаимодействие со сливающимся по стенкам корпуса и выхлопной трубы пленками жидкости (раствора). В результате происходят химические реакции абсорбции содержащихся в газе оксидов и окислов, а также процессы образования пара и коагуляции твердых частиц, содержащихся в газе, и отбрасывание их на стенки корпуса 1 и трубы 4, а также стекание их вниз вместе с пленками жидкости (раствора) и потоком газа. Следует отметить, что так как газовый поток входит в кольцевое пространство между корпусом 1 и трубой 4 с большой скорость (порядка 12 - 15 м/с) и направлен по касательной к стенке корпуса 1, то основная его масса взаимодействует с пленкой раствора, стекающего по стенке 1, а меньшая часть - с пленкой, стекающей по стенке трубы 4. Следовательно, стекающая по трубе 4 пленка жидкости (раствора) только частично успевает вступать во взаимодействие с газовым потоком, т. е. содержит в основном еще не отработавший раствор. Опуская вниз, поток газа вместе с образовавшимся паром, жидкостью и скоагулированными твердыми частицами достигает лопаток 16 закручивателя, смачивает их жидкостью раствора, благодаря чему они также принимают участие в обработке газа, но главное их назначение - образовать закрученные по спирали струи газа вместе с паром, сорванными из пленок каплями раствора и твердыми частицами, которые устремляются в трубу 4. Часть тверды частиц, успевших скоагулировать, попадает в конусную часть поддона 2, откуда по трубе 20 через открытый вентиль 25 поступает на слив. Устремившийся в трубу 4 газ вместе с каплями раствора, паром и твердыми частицами благодаря форме лопаток 16, выгнутых по цилиндрической поверхности и ориентированных вогнутой стороной навстречу потоку газа, образует закрученные струи, а также одновременно разделяется на отдельные объемы, которые, проходя между лопатками 16, дополнительно ускоряются, подкручиваются, приобретая интенсивное вихревое движение в виде нескольких взаимодействующих потоков. Вихревые потоки создают в трубе 4 кипящий (псевдоожиженный) объем, состоящий из вихревых потоков газа с не успевшими скоагулировать твердыми частицами, капель раствора, часть которого еще не успела вступить в реакцию абсорбции (эта часть в основном состоит из стекающей по наружной стенке трубы 4 жидкости, а также пара), при этом в трубе 4 создаются очаги нестабильной пены. Кипящий слой, как известно (например, из книги Сыромятинкова Н.Н. и др. Тепломассообмен в кипящем слое, -М. : Химия, 1967) способствует более интенсивному протеканию различных процессов, в том числе процессу тепломассообмена и химических реакций. Таким образом в выхлопной трубе осуществляется вторая ступень очистки газа за счет интенсивных химических реакций абсорбции окислов и оксидов, а также происходит коагуляции твердых частиц и отбрасывание их на внутреннюю поверхность трубы 4, по которой они опускаются в поддон 2 и далее попадают на слив.

Выходящий из трубы 4 газ, очищенный в основном от окислов и оксидов, а также от твердых частиц, попадает в сепарационную камеру 3, где ударяется в наклоненную под острым углом к горизонту часть крышки сепарационной камеры, отражается от нее, ударяется о внутреннюю поверхность камеры, причем во время соударений с крышкой и корпусом оставляет на них унесенные из трубы 4 капли раствора, которые коагулируют и срываются с наклонной крышки и стенок, падают вниз, подмешиваясь к жидкости, находящейся на кольцевом потолке 5, которая взаимодействует с потоком газа, отраженными от внутренней поверхности камеры, осуществляя тепломассообмен и химические реакции. Таким образом в сепарационной камере происходит не только каплеотделение, но и процессы тепломассообмена и химические реакции абсорбции, т.е. осуществляется третья ступень очистки газа. Из сепарационной камеры 3 газ, обогнувший срезанную под острым углом трубу 4, устремляется в выходной патрубок 12.

Следует отметить, что в процессе работы аппарата происходит частичная потеря охлаждающей жидкости, попавшей в поддон 2 аппарат как за счет каплеуноса, так и за счет испарения ее при взаимодействии с высокотемпературными потоками газа, вследствие чего понижается уровень воды в поддоне 2 и соединенном с ним корпусе 28 регулятора уровня, что приводят к срабатыванию датчика уровня 21, от которого через реле 22 поступает сигнал на открытие соленоидного клапана 23, и в поддон 13 выходного патрубка 12 по трубе 24 поступает подпиточная жидкость, которая через щелевое отверстие 14 пополняет находящуюся на кольцевом потолке 5 жидкость до тех пор, пока ее уровень не превысит разность статических давлений между входным патрубком газа 6 и сепарационной камерой 3 и избыток жидкости через гидрозатворы, образованные штуцерами 9 и стаканами 10 не начнет сливаться в распределительную камеру 8 и далее по стенкам корпуса 1 и трубы 4 далее в поддон, где увеличивает уровень жидкости, что приводит в конечном счете к подаче сигнала от датчика уровня 21 на закрытие соленоидного клапана 23, т.е. к прекращению подачи подпиточной жидкости до того момента, пока снова не повысится уровень жидкости в поддоне 2 аппарата.

Подпитывающая жидкость, заполнившая поддон 13 выходного патрубка 12, охлаждает пластины каплеуловителя 15, размещенного в выходном патрубке 12, способствуя тепломассообмену пластин с уходящим потоком газа. Задержанные пластинами каплеотделителя 15 капли жидкости и конденсата стекают по ним в поддон 13, пополняя находящуюся там жидкость. Таким образом в каплеотделителе 15 осуществляется вторая ступень сепарации капельной влаги из уходящего газового потока, а также осуществляется дополнительная (четвертая) ступень тепломассообмена.

Предлагаемый аппарат по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяет осуществлять эффективную очистку газа. Высокая технологическая эффективность процессов обработки газа достигается за счет организации в предлагаемом устройстве четырех ступеней тепломассообменной обработки газа, осуществляемых за счет подачи раствора в кольцевое пространство между корпусом и выхлопной трубой интенсивным закручиванием (завихрением) лопатками закручивателя потоков газа, поступающего в выхлопную трубу и образующего там пенный слой, участием в процессе обработке газа сепарационной камеры и каплеотделителя, размещенного в выходном патрубке газа.

Формула изобретения

Аппарат для обработки газа, содержащий корпус с тангенциальным газоподающим патрубком и патрубком отвода газа, штуцер вывода жидкости, вертикальную выхлопную трубу, установленную соосно с корпусом, сепарационную камеру, закручиватель, выполненный в виде равномерно распределенных по сечению корпуса лопаток, прикрепленных к корпусу и размещенных с примыканием к нижнему обрезу выхлопной трубы, имеющих форму прямоугольных трапеций и изогнутых в виде цилиндрических поверхностей, ориентированных вогнутой стороной навстречу набегающему потоку газа, установленных с частичным перекрытием друг друга и сечения трубы на величину не более 1/3 длины хорды, проведенной по касательной к лопатке в точке пересечения ее верхнего торца с трубой, верхние торцы выхлопной трубы и сепарационной камеры выполнены со срезом под острым углом к горизонтальной оси и с противоположным наклоном, верхний торец сепарационной камеры заглушен, размещенную в корпусе распределительную камеру для жидкости, выполненную со сплошным кольцевым потолком и днищем, установленным с зазором от стенок корпуса и выхлопной трубы, сообщенную с сепарационной камерой посредством штуцеров для отвода конденсата, пропущенных через кольцевой потолок, снабженную штуцерами для подачи жидкости, установленными под углом к горизонтальной оси с ориентацией в сторону потолка камеры, отличающийся тем, что патрубок выхода газа снабжен поддоном, сообщенным с сепарационной камерой щелевым отверстием, внутри патрубка смонтирован каплеуловитель, пластины которого установлены с зазором от дна поддона, а штуцеры, соединяющие распределительную камеру для жидкости с сепарационной камерой, закрыты снизу стаканами с отверстиями в стенках, закрепленными открытыми торцами на кольцевом потолке, при этом стаканы вместе со штуцерами образуют гидрозатворы, аппарат соединен трубкой с газовой полостью, а штуцер вывода жидкости - с жидкостной частью регулятора уровня жидкости, размещенного рядом с нижней частью корпуса, а клапан подачи подпитывающей жидкости, связанный электрически с датчиком регулятора уровня, соединен с трубкой с поддоном патрубка выхода газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5