Устройство для очистки газа

Изобретение предназначено для очистки газового потока от содержащихся в нем твердых и жидких примесей и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например газовой, нефтяной, химической, энергетической, пищевой и др. Устройство состоит из четырех последовательно соединенных секций, рабочие и съемные элементы которых встроены в наружный цилиндрический корпус с поперечными перегородками, разделяющими полости первой, второй, третьей и четвертой секций, причем последовательность секций в рабочем процессе начинается со второй, которая является фазовым отделителем инерционно-гравитационного типа, также содержащая элементы фазового отделителя прямоточно-центробежного типа. Вход очищаемого газа через патрубок во вторую секцию осуществлен тангенциально к наружному корпусу. Сепарационная труба установлена соосно наружному корпусу, с одной стороны которой закреплен завихритель, соединенный с коротким патрубком одного диаметра, что и сепарационная труба, длиной равной 0,2-0,5 внутреннего диаметра, крепящимся через гофрированное кольцо к перегородке первой-второй секций, а с другой стороны сепарационная труба жестко крепится к перегородке второй-третьей секций, из которой она выступает в третью секцию еще на некоторое расстояние и упирается в фиксаторы отводящего патрубка, меньшего диаметра, чем сепарационная труба. Отводящий патрубок с одной стороны на 10 мм входит в сепарационную трубу, образуя сепарационное кольцо, через которое происходит вывод улавливаемой примеси, а с другой стороны крепится к перегородке третьей-четвертой секций. Здесь же расположен отбойник, который препятствует распространению уловленной примеси в зону перепуска газа. Перепуск осуществляется через изогнутую трубу, сообщающая третью и первую секции, за счет разницы давлений в данных секциях, в свою очередь первая секция играет роль фазового отделителя инерционно-гравитационного типа, а также служит для рециркуляции газа. Четвертая секция представляет собой коллектор, в нижней части которого выполнен отвод очищенного газа. Торцы третьей и четвертой секций закрываются разборными технологическими заглушками. В нижней части первой, второй и третьей секций располагаются бункеры со сбросными клапанами, для накапливания и отвода уловленной примеси в общий бункер, который так же оборудован сбросным клапаном, а очередность открытия и закрытия всех клапанов производится по сигналу датчиков, которыми снабжены все бункеры. Установленные подогреватели в бункерах исключают замерзание уловленной примеси. Совокупность нескольких типов фазовых отделителей в одном устройстве обеспечивает эффективную очистку газа в широком диапазоне нагрузок.

Изобретение относится к аппаратам, предназначенным для очистки газового потока от содержащихся в нем твердых и жидких примесей и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например газовой, нефтяной, химической, энергетической, пищевой и др.

Известно устройство для очистки газа, содержащее последовательно соединенные первую и вторую секции, рабочие и съемные элементы которых встроены в цилиндрический корпус с поперечными перегородками, разделяющими последовательно по потоку очищаемого газа полость первой и второй секций, отвод очищенного газа, причем вторая секция представляет собой отделитель прямоточно-центробежного типа, состоящий из сепарационных труб, а вход очищаемого газа в первую секцию осуществлен с торца корпуса (см. авт. св. 1521503, кл. В04С 3/04, 1989).

Основным недостатком известного устройства является снижение его эффективности при значительном увеличении нагрузки.

Указанный недостаток в значительной степени устранен в известном устройстве для очистки газа (см. патент РФ 2157275, кл. 7 В01D 45/00, В04С 3/04, 1999), в основном за счет того, что вторая секция снабжена каналом перепуска газа, сообщающим ее межтрубную полость с выходом очищенного газа и выполненным в виде инжектора, у которого вход инжектирующего газа сообщен с верхней частью полости первой секции, а вход инжектируемого газа сообщен с верхней частью полости второй секции.

Наиболее серьезным недостатком известного устройства является следующее. В ситуации, когда в очищаемом газе содержится преимущественно сухая твердая примесь (пыль), и, в особенности при так называемом залповом ее выбросе содержание пыли в инжектирующем и в инжектируемом газах может оказаться значительным и превышающим допустимый уровень.

Указанный недостаток в значительной степени устранен в известном устройстве для очистки газа (см. патент РФ 2188061, кл. 7 В01D 45/00, В04С 3/00, 2001), в основном за счет того, что каналом перепуска газа снабжена каждая сепарационная труба, при этом перепуск газа из межтрубной полости обратно на вход в трубу осуществлен через сквозные отверстия в стенке трубы в зону пониженного давления на выходе из завихрителя, в зазоре, образованном кольцевым обтекателем и внутренней стенкой трубы, на выходе которой размещен патрубок отвода очищенного газа, имеющий тот же диаметр, что и труба.

Основными недостатками известного устройства являются следующее. Рециркулирующий газ, выходящий из сквозных отверстий сепарационной трубы, нарушает структуру вихря, движущегося по спиральной траектории в сепарационной трубе, т.к. по сравнению с основным потоком имеет вялотекущее движение и заставляет тратить кинетическую энергию вышеупомянутого потока на его раскрутку. Так как перепуск газа осуществляется во второй секции, а в ситуации, когда в очищаемом газе содержится преимущественно сухая твердая примесь (пыль), в особенности при так называемом залповом выбросе, содержание пыли во второй секции может оказаться значительным, и мелкие частички пыли по средством движения масс газа переносятся от выхода сепарационной щели во вход перепускных отверстий, и т.к. завихритель расположен на некотором расстоянии от выходящих отверстий, силы на раскрутку данных частичек не хватает, в свою очередь они пролетают мимо сепарационной щели на выход очищенного газа. Завихритель в виде тангенциального направляющего аппарата представляющего собой тангенциально фрезерованные пазы в стенке трубы не эффективен, он не способен в достаточной степени раскрутить поток в канале. Наличие кольцевого обтекателя, а также внутреннего конуса увеличивает гидравлическое сопротивление устройства. Патрубок отвода очищенного газа имеющего тот же диаметр, что и сепарационная труба повышает риск пролетания высокодисперсных частичек мимо сепарационной щели. В совокупности все эти недостатки влияют в основном на эффективность сепарации.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности сепарации при изменяющихся режимах в широком диапазоне нагрузок за счет улучшения условий рециркуляции в элементах, удобство эксплуатации и ремонтопригодность.

Задача решается за счет того, что канал перепуска газа соединяет третью и первую секции, при этом перепуск газа в сепарационную трубу осуществляется через короткий патрубок, сообщающийся с элементами прямоточно-центробежного сепаратора расположенных во второй и третьей секциях. Короткий патрубок одного диаметра, что и сепарационная труба, длиной равной 0,2-0,5 внутреннего диаметра.

Важным моментом является то, что газ с примесью, выходящий из сквозного, тангенциального лопаточного завихрителя, уже на этом этапе частично разделяется на чистый газ и примесь. В сепарационной трубе образуется зона обратного течения газа. Двигаясь в обратном направлении относительно основного потока, оно подхватывает некоторое количество примеси из завихрителя и устремляет ее в первую секцию. Так как скорость движения восходящих потоков в первой секции по сечению не велика, то примесь оседает в бункере первой секции, а затем выводится через сбросный клапан в общий бункер. В свою очередь, из за разности давлений в секциях, частично очищенный газ из первой секции плавно подхватывается набегающими потоками из завихрителя, закручивается и устремляется в сепарационную трубу.

В данном устройстве используется сквозной, тангенциальный лопаточный завихритель. Он способен разогнать газовый поток до необходимой скорости, при этом, не создавая большого сопротивления, т.к. лопатки расположены ниже диаметральной линии на 2 мм, в количестве 12 шт. и под углом 30° к каждой, способствуют плавному затеканию газа без лишних сопротивлений и без разворота потока.

Сепарационное кольцо образуется за счет сближения торцов двух труб разного диаметра, причем меньшая в диаметре труба соосно входит в большую, на 10 мм, а внутренняя и наружная кромки меньшой трубы выполнены под острыми углами к направлению потока.

В верхней части третьей секции располагается отбойник, который препятствует распространению уловленной примеси в зону перепуска газа.

Устройство имеет секцию 1, которая является фазовым отделителем инерционно-гравитационного типа, характеризуется наличием бункера в нижней части, для накапливания примеси, а также играет важную роль в перепуске рециркулирующего газа, через изогнутую перепускную трубу из третьей секции в короткий патрубок соединенного с завихрителем.

Секция 3 и 1 сообщены между собой с помощью изогнутой перепускной трубы, площадь проходного сечения которой равна площади проходного сечения сепарационного кольца.

Вход очищаемого газа во вторую секцию осуществлен тангенциально к наружному корпусу.

В нижней части первой, второй и третьей секций располагаются бункеры со сбросными клапанами, для накапливания и отвода уловленной примеси в общий бункер, причем общий бункер также оборудован сбросным клапаном, а очередность открытия и закрытия всех клапанов производится по сигналу датчиков заполняемости, которыми снабжены все бункеры, к тому же в бункерах установлены подогреватели, которые исключают замерзание уловленной примеси.

При выполнении перечисленной совокупности признаков устройства, эффективность сепарации, при изменяющихся режимах в широком диапазоне нагрузок остается на высоком уровне.

На фиг.1-3 представлено предлагаемое устройство в виде продольного разреза с сечениями А-А и Б-Б.

Устройство содержит последовательно соединенные первую 1, вторую 2, третью 3 и четвертую 4 секции, рабочие и съемные элементы которых встроены в наружный цилиндрический корпус 5 с поперечными перегородками 6-8, разделяющими полости первой 1, второй 2, третьей 3 и четвертой 4 секций. Причем последовательность секций в рабочем процессе начинается со второй 2, которая является фазовым отделителем инерционно-гравитационного типа, также содержащая элементы фазового отделителя прямоточно-центробежного типа, вход очищаемого газа через патрубок 9 в которую, осуществлен тангенциально к наружному корпусу 5, а сепарационная труба 10 установлена соосно наружному корпусу 5, с одной стороны которой соосно закреплен сквозной тангенциальный лопаточный завихритель 11, соединенный соосно, с коротким патрубком 12 одного диаметра, что и сепарационная труба 10, длиной равной 0,2-0,5 внутреннего диаметра, крепящимся к перегородке 6 первой-второй секций через гофрированное кольцо 13 с приварным фланцем 14 с отверстиями с помощью стандартных болтов и гаек, а с другой стороны сепарационная труба 10 жестко крепится приварным фланцем 15 с отверстиями с помощью стандартных болтов и гаек к перегородке 7 второй-третьей секций, из которой она выступает в третью секцию еще на некоторое расстояние и упирается в фиксаторы 16 отводящего патрубка 17, меньшего диаметра чем сепарационная труба 10, служащие для обеспечения соосности двух труб, фиксаторы 16 жестко приварены к отводящему патрубку 17, а тот в свою очередь крепится к перегородке 8 третьей-четвертой секций через приварной фланец 18 с отверстиями с помощью стандартных болтов и гаек, отводящий патрубок 17 на 10 мм входит в сепарационную трубу 10 образуя сепарационное кольцо 19, через которое происходит вывод улавливаемой примеси, причем внутренняя и наружная кромки отводящего патрубка 17 выполнены под острыми углами к направлению потока, в этой же секции расположен отбойник 20 который препятствует распространению уловленной примеси в зону перепуска газа, этот перепуск осуществляется через перепускную изогнутую трубу 21, сообщающая третью 3 и первую 1 секции, за счет разницы давлений в данных секциях, площадь проходного сечения которой равна площади проходного сечения сепарационного кольца 19, в свою очередь первая 1 секция играет роль фазового отделителя инерционно-гравитационного типа, а также замыкает рециркуляцию газа и закрывается с торца разборной технологической заглушкой 22, четвертая 4 секция представляет собой коллектор, по крайней мере для одного отводящего патрубка 17, закрывающийся с торца разборной технологической заглушкой 23, а в нижней части осуществлен отвод 24 очищенного газа, в нижней части первой 1, второй 2 и третьей 3 секций располагаются бункеры 25-27 со сбросными клапанами 28-30, для накапливания и отвода уловленной примеси в общий бункер 31, причем общий бункер 31 также оборудован сбросным клапаном 32, а очередность открытия и закрытия всех клапанов производится по сигналу датчиков 33-36 заполняемости, которыми снабжены все бункеры, к тому же в бункерах 25-27, 31 установлены подогреватели 37-40, которые исключают замерзание уловленной примеси.

Чтобы повысить удобство эксплуатации и ремонтопригодность в данном устройстве, были максимально использованы стандартные изделия, как-то: трубы, отводы, фланцы, болты, гайки.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Газ, содержащий примесь в виде твердых и жидких частиц, поступает во вторую 2 секцию корпуса 5 через тангенциальный патрубок 9, попутно взаимодействуя с вогнутой внутренней поверхностью корпуса 5. При этом наиболее крупные взвешенные твердые и жидкие частицы под действием сил тяжести и инерции поступают в бункер 26, а газ содержащий преимущественно мелкие частицы после кругового движения по внутренней стенке корпуса 5 секции 2 плавно перетекает на вход в завихритель 11 сепарационной трубы 10. В результате движения по такой траектории разворот потока практически не наблюдается, за исключением бункера 26, куда в основном устремляется примесь, которая впоследствии выводится через сбросный клапан 29 в общий бункер 31. Пройдя завихритель 11 и приобретя крутку, газ с примесью разделяется на два потока. Первый поток движется по периферии сепарационной трубы 10. Под действием центробежной силы происходит практически полное разделение фаз очищаемого газа. Большая часть очищенной газовой фазы, которая движется в приосевой зоне сепарационной трубы 10, выходит из нее через отводящий патрубок 17 в четвертую 4 секцию, а далее через отвод 24 на выход очищенного газа. Взвешенная фаза, движущаяся спиральным потоком по периферии сепарационной трубы 10, захватывается сепарационным кольцом 19 и затем под действием сил тяжести и инерции попадает на вход бункера 27, а затем через сбросный клапан 30 отводится в общий бункер 31. А незначительная часть газового потока, попавшая через сепарационное кольцо 19 в секцию 3 огибая отбойник 20, двигается в зону перепуска газа, откуда по изогнутой перепускной трубе 21 попадает в первую 1 секцию. Через короткий патрубок 12 происходит отсос перепускного газа из первой 1 секции в сепарационную трубу 10, т.е. из зоны повышенного давления в зону пониженного давления, чем ликвидируется возрастание подпора в третьей 3 секции. Далее процесс повторяется. Так как в сепарационной трубе 10 газовый поток движется по спиральной траектории, то здесь образуется зона обратного течения газа. Это течение имеет обратное направление относительно основного потока, и тоже движется по спиральной траектории, но в приосевой зоне. Так называемый поток 2 двигается в приосевой зоне в обратном направлении, подхватывает часть примеси выходящей из завихрителя и отбрасывает в бункер 25 секции 1. Так как скорость восходящих потоков в первой 1 секции по сечению не велика, отброшенная примесь не может подняться вверх и впоследствии выводится через сбросный клапан 28 в общий бункер 31. В нижней части первой 1, второй 2 и третьей 3 секций располагаются бункеры 25-27 со сбросными клапанами 28-30, для накапливания и отвода уловленной примеси в общий бункер 31, причем общий бункер 31 также оборудован сбросным клапаном 32, а очередность открытия и закрытия всех клапанов производится по сигналу датчиков 33-36 заполняемости, которыми снабжены все бункеры, к тому же в бункерах 25-27, 31 установлены подогреватели 37-40, которые исключают замерзание уловленной примеси.

Таким образом, при выполнении вышеприведенной совокупности признаков устройства достигается главная цель предлагаемого изобретения: повышение эффективности сепарации при изменяющихся режимах в широком диапазоне нагрузок, удобство эксплуатации и ремонтопригодность.

1. Устройство для очистки газа содержит последовательно расположенные в наружном корпусе и разделенные между собой поперечными перегородками четыре секции и сепарационную трубу с завихрителем, установленную соосно корпусу, торцы первой и четвертой секций заглушены, при этом полости первой, второй и третьей секций сообщены соответственно с бункерами сбора и отвода уловленной примеси в общий бункер, на выходе бункеров установлены сбросные клапаны, полость четвертой секции имеет патрубок для отвода очищенного газа, во второй секции тангенциально к корпусу установлен патрубок входа очищаемого газа, с одной стороны сепарационной трубы соосно ей закреплен сквозной тангенциальный лопаточный завихритель, соединенный соосно с патрубком, сообщающим сепарационную трубу с первой секцией и закрепленным к перегородке, разделяющей первую и вторую секции, а с другой стороны сепарационная труба крепится к перегородке, разделяющей вторую и третью секции, из которой она выступает в третью секцию и упирается в фиксаторы, приваренные к отводящему патрубку меньшего диаметра, чем сепарационная труба, который крепится к перегородке, разделяющей третью и четвертую секции, при этом отводящий патрубок входит в сепарационную трубу, образуя сепарационное кольцо, через которое происходит вывод улавливаемой примеси в третью секцию, кроме того, первая и третья секции сообщены перепускным каналом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр патрубка, сообщающего сепарационную трубу с первой секцией, и диаметр сепарационной трубы равны, при этом длина вышеупомянутого патрубка равна 0,2-0,5 его внутреннего диаметра.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя и наружная кромки отводящего патрубка выполнены под острыми углами к направлению потока.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубок, сообщающий сепарационную трубу с первой секцией, крепится к перегородке, разделяющей первую и вторую секции, через гофрированное кольцо приварным фланцем с отверстиями с помощью стандартных болтов и гаек.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к перегородке, разделяющей вторую и третью секции, сепарационная труба крепится приварным фланцем с отверстиями с помощью стандартных болтов и гаек.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перепускной канал, сообщающий третью и первую секции, за счет разницы давлений в них, представляет собой изогнутую трубу, площадь проходного сечения которой равна площади проходного сечения сепарационного кольца.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в третьей секции имеется отбойник, который препятствует распространению уловленной примеси в зону перепуска газа.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что общий бункер оборудован сбросным клапаном, который необходим для стабильной работы всего устройства, а все бункеры снабжены датчиками заполняемости, по сигналу которых производится очередность открытия и закрытия всех клапанов, кроме того в бункерах установлены подогреватели, которые исключают замерзание уловленной примеси.