Способ мокрой очистки газов и устройство для его осуществления

1 Область техники Изобретение относится к области очистки газов от твердых, жидких и газообразных токсичных включений с использованием жидкости в качестве очищающего агента и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической технологии и других отраслях промышленности. Предшествующий уровень техники Известен способ очистки газов от золы и окислов серы, заключающийся в барботировании загрязненного газа через слой жидкости. Очистку проводят в пенных аппаратах с переливными и провальными тарелками (Справочник по пыле- и золоулавливанию. Под ред. А.А. Рузанова, М.,Энергоатомиздат, 1983, с.94-104). Способ характеризуется относительно низкой степенью очистки газа от тонких фракций пыли из-за образования в процессе барботажа крупных запыленных газовых пузырей,проходящих с высокой скоростью слой жидкости. В результате мелкие частицы пыли не успевают отсепарироваться на поверхность раздела фаз за время прохождения пенного слоя, а газообразные компоненты (окислы серы) - прореагировать с реагентами в жидкой фазе. Известен способ мокрой очистки газов,включающий подачу газового потока в цилиндрический корпус газоочистителя, взаимодействие газового потока с подаваемой противотоком жидкостью при пропускании через кольцевую щель в широком диапазоне скоростей. Способ реализуется в устройстве для мокрой очистки газов, содержащем цилиндрический корпус, патрубки подвода и отвода газов, расположенный соосно с корпусом, над патрубком подачи газа, с образованием кольцевой щели по отношению к стенке корпуса дозатор орошающей жидкости с размещенной над ним трубой для подачи орошающей жидкости, кольцевой лопаточный завихритель (а.с. СССР 1212515,кл. В 01 D 47/04, 1986). Недостатком способа и устройства является низкая производительность и степень газоочистки из-за ограничения скорости газов на выходе из рабочего пространства (2,0-2,5 м/с),неустойчивости пенного слоя. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ мокрой очистки газов и устройство для его осуществления (патент РФ 2086293). Способ заключается в том, что осуществляют подачу закрученного газового потока в цилиндрический корпус газоочистителя, пропускание его через кольцевую щель, взаимодействие газового потока с подаваемой противотоком жидкостью в широком диапазоне скоростей и эмульгирование. Способ реализуется в устройстве, содержащем цилиндрический корпус, тангенциально установленный патрубок подвода газов, коаксиальный тарельчатый дозатор орошающей жид 002618 2 кости с размещенной над ним трубой для ее подачи, лопаточный завихритель, размещенный в кольцевой щели между дозатором и стенкой корпуса. Одним из основных недостатков способа и устройства является неравномерность распределения пенного слоя по периметру кольцевой щели и возможность проскока неочищенного газа. Это происходит а) за счет одностороннего ввода очищаемого газа, который приводит к перекосу по высоте вращающегося над кольцевой щелью пенного слоя. В месте удара входной струи газа в завихритель со спутной закруткой расход газа значительно выше, чем на остальной площади щели, высота эмульсионного слоя максимальная, и при форсировке процесса в этом месте происходит отрыв пенного слоя от завихрителя и проскок неочищенного газа. Влияние отрицательного эффекта регулируется интервалом изменения расхода очищаемого газа, в котором поддерживается оптимальный режим работы газоочистителя, однако, усиливается с ростом диаметра газоочистителя. Многосторонний подвод для выравнивания потока значительно усложняет конструкцию устройства, не всегда приводит к ожидаемому результату; б) за счет увеличения скорости вращения пенного слоя при высоких расколах очищаемого газа и увеличения скорости газа в лопаточном завихрителе. При этом центробежные силы,действующие на слой эмульсии, прижимают его к стенке корпуса, увеличивая тем самым его высоту у внешнего периметра кольцевой щели и уменьшая у внутреннего. Это увеличивает возможность разрыва эмульсионного слоя и проскок неочищенного газа. Кроме того, необходимо отметить и другие недостатки способа и устройства: возникновение отложений золы во входном патрубке, которое в случае цементирующейся золы приводит к аварийным остановкам газоочистителя на чистку. Установка различных смывных сопел с постоянной подачей воды на промывку приводит к значительным расходам смывной воды, а при периодических промывках сопла часто зарастают золой, не обеспечивая качественной промывки; трудоемкость изготовления лопаток кольцевого завихрителя и низкий процент выхода годного металла ввиду необходимости вырезать лопатки по лекальным кривым в местах их примыкания к цилиндрическим внешней и внутренней обечайкам завихрителя. Это особенно важно при изготовлении лопаток из дорогостоящего титана в связи с агрессивностью очищаемых газов, например, в энергетике и цветной металлургии, т.к. существенно увеличивает стоимость газоочистителя. 3 Раскрытие изобретения Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка способа и устройства для мокрой очистки газов с высокой степенью очистки и снижением себестоимости. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении данного изобретения, является создание равномерного пенного слоя по всему периметру кольцевой щели; исключение условий возникновения проскока неочищенного газа; исключение отложений золы во входном патрубке газоочистителя; снижение трудозатрат и материалоемкости при изготовлении газоочистителя. Технический результат достигается тем,что в способе мокрой очистки газов, включающем подачу в корпус газоочистителя закрученного газового потока, пропускание его через кольцевую щель, взаимодействие закрученного газового потока с подаваемой противотоком жидкостью в широком диапазоне скоростей и эмульгирование, в соответствии с изобретением газовый поток в кольцевой щели закручивают в противоположную сторону. Технический результат достигается в устройстве для мокрой очистки газов, содержащем корпус, тангенциально или кордально установленный патрубок подвода газов, тарельчатый дозатор орошающей жидкости, расположенный соосно с корпусом и образующий с его стенкой кольцевую щель с размещенным в ней лопаточным завихрителем, трубу для подачи орошающей жидкости и патрубок отвода газов, за счет того, что патрубок подвода газов и лопаточный завихритель в кольцевой щели установлены с обеспечением закрутки газового потока в противоположные стороны. В конструкции газоочистителя возможно использование нескольким дозаторов орошающей жидкости с соответствующим количеством лопаточных завихрителей. В устройстве дополнительно внешние концы выходных кромок лопаток завихрителя подняты над внутренними,прилегающими к тарельчатому дозатору жидкости на высоту 0,2-0,7 ширины кольцевой щели. Кроме того, в устройстве патрубок подачи газа снабжен смывными соплами, связанными через коллектор и трубопровод с сифоном, установленном в напорном баке и имеющим поплавок, взаимодействующий с клапаном для закрытия-открытия импульсной трубы, соединенной с трубопроводом. Дополнительно корпус газоочистителя устройства имеет форму правильной призмы с количеством боковых граней не менее четырех,а тарельчатый дозатор орошающей жидкости выполнен в виде многоугольника, подобного основанию призмы. 4 В предлагаемом способе и устройстве для мокрой очистки газов равномерность пенного слоя над кольцевой щелью достигается тем, что закручивание газового потока входным патрубком, установленным тангенциально или хордально, и лопаточным завихрителем, установленным в кольцевой щели, производится в противоположные стороны. Это приводит к тому,что струя газа от входного патрубка в месте первого контакта с лопаточным завихрителем имеет максимальную кинетическую и минимальную потенциальную энергию и для резкого разворота в противоположную сторону потоку необходимо преодолеть большое сопротивление. В сравнении со спутной закруткой газа в завихрителе расход газа через этот участок щели при противоположной закрутке значительно уменьшается. Сток части газа через щель уменьшает кинетическую энергию потока, облегчая разворот и прохождение газа через последующие участки лопаточного завихрителя. В результате происходит выравнивание раскола газа по периметру завихрителя и достижение необходимой равномерности пенного слоя над завихрителем, его большая устойчивость в более широком интервале скоростей. В то же время аэродинамическое сопротивление лопаточного завихрителя с обратной закруткой в сравнении со спутной закруткой увеличивается не более чем на 50 Па, что вполне приемлемо для устранения присущих прототипу недостатков. Выполнение внешних концов выходных кромок лопаток завихрителя поднятыми над внутренними, примыкающими к тарельчатому дозатору жидкости, исключает условия возникновения проскока неочищенного газа. Выходные кромки лопаток образуют как бы боковую поверхность усеченного конуса,меньшее основание которого обращено вниз. На таком завихрителе резко меняется характер пенного слоя. Если над плоским кольцевым завихрителем внешняя граница слоя имеет форму параболоида вращения и высота слоя растет от тарельчатого дозатора жидкости к стенке газоочистителя, то в предлагаемом устройстве над всей шириной щели толщина пенного слоя практически постоянна. В такой конструкции завихрителя площадь выходной поверхности превышает площадь щели, что создает условия для перераспределения газового потока и выравнивания пенного слоя. Основание пенного слоя повторяет форму выходной поверхности завихрителя, и в межлопаточное пространство слой не проникает. При увеличении расхода газа прежде всего начинает расти высота слоя в пристенной зоне,увеличивая сопротивление газовому потоку, и у газа появляется радиальная составляющая скорости, направленная к оси газоочистителя. Рост слоя на периферии прекращается, а появившаяся радиальная составляющая скорости газа способствует интенсификации пенообразования в 5 средней зоне щели при встрече с поступающей с тарельчатого дозатора жидкостью, а затем и над ее внутренним периметром. Толщина пенного слоя как бы авторегулируется. В результате исчезают условия проскока неочищенного газа, а равномерность слоя улучшает показатель газоочистки. Снабжение входного патрубка газоочистителя соплами для смыва отложений пыли и системой периодической подачи смывной воды,обеспечивающей также продувку сопел атмосферным воздухом, исключает возможность отложений пыли (золы) во входном патрубке,что обеспечивает длительную работу газоочистителя без сбоев по этой причине. Выполнение корпуса газоочистителя в форме правильной призмы с количеством граней не менее четырех, а дозатора орошающей жидкости в виде многоугольника, подобного основанию призмы, способствует тому, что все грани лопаток завихрителя в многогранной щели становятся прямыми и легко вырубаются на гильотине вместо фрезерования по лекальным кривым в прототипе. Это значительно снижает трудозатраты при изготовлении газоочистителя, а также количество материала, уходящего в отходы. Это особенно важно, когда газоочистители работают с агрессивными средами и для их изготовления используются дорогостоящие высоколегированные стали или титан. Кроме того, при работе такого устройства резкий поворот пенного слоя в углах многогранника приводит к увеличению центробежных сил, способствующий сепарации частиц пыли в пузырьках пены, компенсируя снижение центробежного эффекта на прямолинейном участке вдоль плоской стенки. Краткое описание чертежей На фиг. 1 изображено устройство для мокрой очистки газа тангенциальным патрубком и лопаточным завихрителем; на фиг. 2 - газоочиститель с завихрителем с приподнятыми внешними концами выходных кромок лопаток; на фиг. 3 - газоочиститель с системой промывки входного патрубка: на фиг. 4 -газоочиститель с корпусом в форме правильной призмы. Варианты осуществления изобретения Устройство для мокрой очистки газов содержит цилиндрический корпус 1, тарельчатый дозатор орошаемой жидкости 2, трубу 3 для подачи орошающей жидкости, патрубок 4 для подвода загрязненного газа, патрубок 5 отвода очищенного газа, днище 6 с патрубком для слива жидкости 7, кольцевой лопаточный завихритель 8, установленный в кольцевой щели между корпусом 1 и тарельчатым дозатором 2. Патрубок подвода газов присоединен к корпусу тангенциально и закручивает очищаемый газ в сторону, противоположную закрутке в кольцевом завихрителе. Дополнительно в устройстве в конструкции завихрителя 8 внешние концы выходных кромок лопаток подняты над внутренними, примыкающими к тарельчатому дозатору, 002618 6 на высоту 0,3 ширины кольцевой шели. Устройство снабжено также системой промывки входного патрубка от отложений пыли, состоящей из смывных сопел 9, коллектора 10, трубопровода 11, сифона 12, напорного бака 13, поплавка 14,клапана 15, импульсной трубы 16. Кроме того,корпус газоочистителя может быть выполнен в форме правильной призмы с количеством граней не менее четырех, а тарельчатый дозатор орошающей жидкости - в виде многоугольника,подобного основанию призмы. Предлагаемое устройство работает следующим образом. В корпус 1 газоочистителя (фиг. 1) загрязненный газ поступает через патрубок 4 подвода газа закрученным потоком. Затем газ проходит через лопаточный завихритель 8, установленный в кольцевой щели, где закручивается в противоположную сторону. Орошающая жидкость поступает на тарельчатый элемент 2, где она образует ванну, которая раскручивается вращающимся над ней газом и за счет центробежных сил начинает срываться в виде пленки с краев тарельчатого элемента 2 к стенке корпуса 1. Над щелью жидкость встречается с выровненным за счет разворота в завихрителе закрученным газовым потоком и образует устойчивый, интенсивно вращающийся слой газожидкостной эмульсии, через который промываются поступающие в устройство газы. Очищенные газы удаляются через патрубок 5, а жидкость стекает к днищу 6 и удаляется из газоочистителя через патрубок 7. Таким образом, над завихрителем создается равномерный, устойчивый, интенсивно вращающийся эмульсионный слой с предельным известным в технике уровнем тепломассообмена между жидкостью и газом, который обеспечивает проведение необходимых реакций между газообразными компонентами и реагентами,поступающими с орошающей жидкостью, и глубокую очистку газов от пыли и токсичных веществ. В устройстве (фиг. 2) в процессе газоочистки из-за особенности конструкции завихрителя 8 пенный слой в этом устройстве вращается как бы по боковой поверхности усеченного конуса. Это обеспечивает равномерность пенного слоя по всей ширине щели и препятствует возникновению проскока неочищенного газа в широком интервале изменения расхода газа через устройство, что способствует качественной газоочистке. При дополнительном оснащении устройства системой промывки входного патрубка очистка патрубка производится следующим образом. На фиг. 3 показано положение поплавка 14 и клапана 15 в момент закрытия импульсной трубы 16, в результате которого разрежение в газоходе 4 передается в сифон 12, уровень воды в сифоне поднимается, сифон заполняется и 7 начинается слив воды из бака 13 через сифон 12,трубопровод 11 в коллектор 10, откуда она распределяется по соплам 9 и струями направляется на внутренние стенки входного патрубка 4,смывая возникшие отложения пыли. После снижения уровня воды в баке 13 поплавок 14 опускается и открывает клапан 15 от входного отверстия импульсной трубы 16, которая остается открытой на атмосферу. После опорожнения бака 13 слив воды прекращается и атмосферный воздух за счет разрежения во входном патрубке устремляется через импульсную трубу 16, трубопровод 11, коллектор 10 на продувку смывных сопел 9, предотвращая их зарастание пылью. Воздушная продувка продолжается до заполнения бака 13 водой, поступающей из водопровода 17, затем цикл промывки повторяется. Количество воды для промывки определяется объемом бака 13, а интервал времени между промывками задается расходом воды, поступающей из водопровода 17. Кроме того, корпус газоочистителя может быть выполнен в форме правильной призмы(фиг. 4) с количеством боковых граней не менее четырех, а тарельчатый дозатор орошающей жидкости 2 - в виде правильного многоугольника, подобного основанию призмы. Такая конструкция снижает себестоимость газоочистителя и трудозатраты на его изготовление, т.к. все грани лопаток завихрителя - прямые линии. Промышленная применимость Предлагаемые способ и устройство позволяют расширить рабочий интервал газовых нагрузок газоочистителя путем выравнивания газового потока в завихрителе и создания равномерного пенного слоя над ним, а также исключить условия проскока неочищенного газа через вращающийся слой эмульсии, полностью исключить отложения пыли во входном патрубке при экономии воды на промывки, снизить материалоемкость и трудоемкость изготовления. Таким образом, при использовании заявленного изобретения выполнена следующая совокупность условий: средство, воплощающее заявленные способ и устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в энергетике, металлургии, химической технологии, строительной индустрии; 8 для заявленного изобретения в том виде,как оно охарактеризовано в пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию промышленная применимость. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ мокрой очистки газов, включающий подачу в корпус газоочистителя закрученного газового потока, пропускание его через кольцевую щель, взаимодействие закрученного газового потока с подаваемой противотоком жидкостью в широком диапазоне скоростей и эмульгирование, отличающийся тем, что газовый поток в кольцевой щели закручивают в противоположную сторону. 2. Устройство для мокрой очистки газов,содержащее корпус, тангенциально или хордально установленный патрубок подвода газов,тарельчатый дозатор орошающей жидкости,расположенный соосно с корпусом и образующий с его стенкой кольцевую щель с размещенным в ней лопаточным завихрителем, трубу для подачи орошающей жидкости и патрубок для отвода газов, отличающееся тем, что патрубок подвода газов и лопаточный завихритель в кольцевой щели установлены с обеспечением закрутки газового потока в противоположные стороны. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем,что внешние концы выходных кромок лопаток завихрителя подняты над внутренними, прилегающими к тарельчатому дозатору жидкости на высоту 0,2-0,7 ширины кольцевой щели. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем,что патрубок подачи газа снабжен смывными соплами, связанными через коллектор и трубопровод с сифоном, установленным в напорном баке и имеющим поплавок, взаимодействующий с клапаном для закрытия-открытия импульсной трубы, соединенной с трубопроводом. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем,что корпус газоочистителя выполнен в форме правильной призмы с количеством боковых граней не менее четырех, а тарельчатый дозатор орошающей жидкости выполнен в виде многоугольника, подобного основанию призмы.