Патент ссср 826942

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

Сюез Советских

Социалистииесюа

РЕСПУбЛИК (1826942 (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 26.11.76 (21) 2423731./23-26 (23) Приоритет . — (32) 28.11 ° 75 (5l) М. Кл.

В 01 О 47/10

Гааударстааккый кюмктат

СССР аа далам кэабратаккл я еткрмткк (31) 636318 (33l США

Опубликовано 30.04.81. Бюллетень % 16 (53) УДК 621.928. .97(088.8) Дата опубликования описания 10.05.81 !

Иностр анцы

Томас Кенни Эван, Хэлли Рэй Басс, Дженнингс,Донелл Йинз, Джеймс Лик Фрайер и Орвис Лавелл Холланд, (72) Авторы изобретения (США) Иностранная фирма

"Лоун Стар Стил Компани" (71) Заявитель (США) (54) СПОСОБ О 1ИСТКИ 1.АЗОВО1.0 ПОТОКА

ОТ ПРИИЕСЕЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам и устройствам для удаления загрязняющих примесей из газового потока.

Известен Способ очистки газового. потока от примесей потока путем пропускания газового потока в смеси с каплями жидкой среды через смесительную камеру. Известный сттособ осуществляется в устройстве, включашщем камеру подвода очищаемого .потока с б эжекторным соплом, смесительную камеру и приемную камеру с выхлопной и дренажной трубами (1 1.

Недостатком известного технического решения является небольшая степень очистки газового потока.

Цель изобретения — повышение .эффективности очистки.

Поставленная цель согласно способу достигается тем, что поток смеси газа с капляии отклоняют на выходе из смесительной камеры .от ее оси с последующим его расширением.,Согласно устройству поставленная цель достигается тем, что оно снабжено дефлектором, установленным на выходе из смесительной камеры,-и диффузором, размещенным между смесительной и приемной камерами.

Способ осуществляется следуиицим образом.

Загрязненный газовый поток подают в смесительную зону в смеси с капельками жидкости, которые занватывают загрязняющие вещества в газовом потоке в период движения последнего или с ломощью струи сжатой текучей среды.

Полученный газовый поток отклоня-. ют от оси смесительной камеры с последующим его расширением и разделением на легкую и тяжелую фракции.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройства, разрез; на фиг. 2узел 4 на фиг: 1; на фиг. 3 — узел

П на фиг. 1; на фиг. 4 — разрез

А-А на фиг. 3; на фиг. 5 — узел 1Н

826942

50

3 на фиг. 1; на фиг. 6 — разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 — вариант выполнения заслонки, установленной с возможностью перемещения; на, фиг, 8— разрез В.-В на фиг. 7.

Устройство состоит из камеры 1 подвода, через которую в систему поступает загрязненный газ или вытекающий поток который необходимо очистить. Камера 1 подвода может IO иметь любой подходящий размер и может быть расположена под любым углом. Камера 1 подвода ориентирована вертикально, а загрязненный газовый поток поступает в систему сни- 15 зу. Камера 1 подвода снабжена фланцем 2, который соединяется с соответствующим фланцем 3 смесительной камеры 4. Смесительная камера 4 сконструирована таким образом, чтобы направлять поток, загрязненного газа из камеры 1 подвода в смесительную трубу

5 с минимальной потерей гидростатического напора, создающего в то же самое время опору для эжекторно-инжекторного устройства. Смесительную камеру 4 удобно соединять со смеси-. тельной трубой 5 чеРез посредство сопрягающихся фланцев 6 и 7. На смесительной камере 4 устанавливают ниппель 8, закрытый крышкой 9 и открывающийся в патрубок, через который может проходить трубопровод 10 для жидкой среды и пара, воздуха или другой трубопровод 11 для сжимаемой текучей среды. С целью регулирования потока в трубопроводе 10 для жидкой среды и пара, воздуха или в трубопроводе ll для другой сжимаемой среды соответственно устанавливаются ре- 4О гулирующие клапаны 12 и 13. При необходимости клапаны 12 и 13 могут управляться вручную, дистанционно или автоматически в соответствии с изменениями состава и качества . 4s потока загрязненного газа.

Трубопровод 11 для сжимаемой текуI чей среды оканчивается эжекторным соплом 14. Эжекторное сопло 14 сконструировано и рассчитано вместе со смесительной трубой 5 для создания сверхзвуковой струи поступающего пара, воздуха или другой сжимаемой текучей среды, которая будет расширяться как свободная струя внут- 55 ри смесительной камеры 4 и ударяться о внутреннюю стенку смесительной трубы с тем, чтобы образовать эффективный эжекторный йасос. Вокруг

4 выпускного конца эжекторного сопла

14 расположен коллектор 15 для жидкой среды. Коллектор 15 можно удобно закрывать кольцевым элементом

1,61к которому крепится трубопровод

l0 для жидкой среды. Для установки распыляющих сопл 17 в лицевой стороне коллектора 15 выполнено несколько расположенных по окружности с интервалом, направленных под углом резьбовых отверстий 18. Распыляющие . сопла 17 расположены по окружности вокруг эжекторного сопла.14 и направлены так, что оси распыляющих сопл 17 будут пересекаться в точке на оси эжекторного сопла 14 позади выпускного конца эжекторного сопла.

Распыпяющие сопла 17 предпочтительно представляют, вентиляторно-струйный тип, приспособленный для самоочистки и имеющий воэможность обрабатывать жидкие среды, содержащие значительное количество взвешенного или растворенного вещества. Сопла

17 должны иметь возможность распылять жидкую среду в диапазоне 100200 мкм сразу за выпускным концом каждого сопла.

Струя из эжекторного сопла 14 выходит со сверхзвуковой скоростью и поэтому она способна дополнительно распылять капельки жидкости, образуемые распыляющими соплами 17 на большое количество капелек, которые имеют соответствующий размер для того, чтобы эффективно захватывать очень мелкие частицы. В дополнение к этому, высокая скорость относительно загрязненного газового потока, придаваемая струей капелькам, вместе с сильной турбулентностью, имеющейся на поверхности раздела выходящей струи и загрязненного газового потока, образуют высокоэффективную смесительную зону внутри смесительной камеры 4 и смесительной трубы 5, которая обеспечивает эахватывание частиц, содержащихся в загрязненном газе . Если будет необходимо удалять кислотные газы, например сернистый ангидрид, иэ,загрязненно-. го газа, в инжектируемую воду можно добавлять основные химические реагенты, например известь, аммиак (вод- ный или безводный) или едкий натр.

С другой стороны, при необходимости уджения основных вй1еств, например аммиака, из-загрязненного газового потбка в воду, подаваемую

826942

45 инжекторными соплами или другими брызгальными соплами, можно добавлять кислотные реагенты, например. азотную кислоту. Некоторые другие вещества, например органические запахи, которые не являются ни кислыми, .ни основными, можно удалять с помощью окислителей, например марганцово-кислого калия, добавляемого к инжектируемой воде, Соображения относительно эффективности эжекторно-инжекторного устройства при захватывании частиц применимы в одинаковой степени и к реакциям с газами так, что одновременно могут увлекаться оба вида загрязняющих веществ. Более лого, в результате образования сверхзвуковой струи на выходе эжекторного сопла 14 вниз по потоку от эжекторного сопла будут появляться ударные волны. Этн ударные волны, которые представляют резкие перерывы в давлении и температуре струи будут усиливать смесительную способность струи, тем самым

25 цополнительно улучшая очищающую способность системы как для мелких загрязняющих частиц, так и для газо-образных загрязняющих веществ.

Хотя пар представляет очень желательную двигательную текучую среду для эжектора, можно также использовать и воздух, несмотря на то, что для осуществления одинаковых операций накачивания насосом, распыления

35 и очистки требуется большее количество воздуха. Так, например, бнло установлено, что там, где требуется

45 г. (О,1 фунта) пара для передвижения одного фунта загрязненного газа для получения одного и того же результата необходимо от 76,5 до 91 г (0,1,7 до 0,2 фунта) воздуха, в зависимости от относительного давления пара и воздуха. Однако по мере увеличения стоимости пара наступает момент, когда использование воздуха становится более экономичным, несмотря на необходимость дополннтель50 ного оборудования. При этом замечено, что тепловой коэффициент полезного действия парового эжектора находится в пределе 20-25Х, и хотя пар может использоваться непосред55 ственно для осуществления двигательной функции в системе для очистки газа, все же стоимость пара существенная, с.другой стороны, тепловой коэффициент полезного действия хорошо сконструированной паровой турбины составляет около 80Х, а механический коэффициент полезного действия воздуходувки может превысить

90Х. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия системы турбина-воздуходувка общая стоимость движения загрязненного газа воздухом может быть значительно ниже по сравнению с прямым действием пара несмотря на необходимость установки и технического обслуживания дополнительного оборудования. Было установлено, что там, где требуется

27,2 г (0,06 фунта) пара для движе/ ния каждого фунта газа, используя пар непосредственно в хорошо скокструированном эжекторе, те же самые результаты очистки и накачивания насосом могли бы быть получены, если использовать только. 0,024 фунта пара для работы комбинированной установки паровая турбина-воздуходувка. При определенных промьппленных обстоятельствах электрическая энергия может оказаться более доступной и более экономичной по сравнению с паром в качестве первичного двигателя.

Струя, выходящая из эжекторного сопла 14, вступает в контактирование со смесительной трубой 5 по периферийному участку, известному также под названием зоны "ловушки". Как пояснялось выше, загрязненный газ должен проходить через струю и сме» шиваться с ней с тем, чтобы пройти за аксиальным положением, соответствующим участку "ловушки". Таким образом, за участком "ловушки" по существу все частицы вещества будут захвачены в небольшие водяные капельки, которые могут также содержать и продукты реакции, полученные в результате удаления вредных газов.

Однако маленькие частицы необязательно будут иметь одинаковые скоро-. сти и поэтому будут продолжать сталкиваться друг с другом и с внутренней поверхностью смесительной трубы с целью образования меньшего количества.

Частичное разделение потока осуществляют путем установки дефлектора вблизи входа диффузора с целью создания турбулентной зоны низкого

82б94

7 давления и обеспечения отделения смеси от части -стенки диффузора. В то же самое время преграда служйт для обратного направления жидких,капелек по направлению к противопо- . .5 ложной части стенки диффузора. На выходе смесительной камеры установлен дефлектор в виде форсунок 19, создающих жидкостную завесу, и регулируемой заслонки 20, расположенных у входа в диффузор 21. Как это будет более полно описано ниже, можно применять любой или оба из этих типов преград, и они могут принимать любые предпочтительные формы.

Жидкостную завесу можно создать одним соплом, образующим струю в виде веера с большим углом. В то время как одно сопло достаточно для применения в системах, имеющих смесительные трубы диаметром менее

30,Ь см (1 фунта), в системах с применением смесительных труб большего диаметра вокруг центра смесительной трубы 5 может оказаться необходимой симметричная установка двух или большего количества сопл.

Взаимодействие между жидкостной за1 весой и смесью газа, и водяными капельками, текущими вниз Tio смесительйой трубе, будет вызывать изгибание жидкостной завесы, как правило, по параболе и одновременно отклонять капельки в смеси по направлению к нижней стенке диффузора. Бо" лее того, будут образовываться дополнительные столкновения капелек с тем, чт6бы способствовать увеличению размера и слияния капелек.

Регулируемая заслонка 20 представляет ограничение или преграду .потока, которая по существу перпендикулярна траектории потока газовой и водяной смеси через смесительную трубу 5. Однако в случае необходимости обеспечения отделения капелек

У иэ смеси в более ранней точке для этой цели полезно предусматривать средство для обратного-направления потока водяных капелек с минимальным расходом энергии. Заслонка 20 может регулироваться и перемещаться с помощью пневмоцилиндра или может быть укреплена на шарнире. Положение заслонки .можно регулировать с помощью рычага, который::может быть застопорен в любом требуемом положении запорным болтом, движение которого в дугообразной прорези сдерживается, причем г 8 эта прорезь выпопнена.в запорной пластине.

В определенных случаях может оказаться предпочтительным применение как жидкостного разделительного средства, так и регулируемой заслонки в сочетании, поскольку каждое средство способствует отделению капелек, содержащих загрязняющие вещества, несколько различным, но дополняющим друг. друга способом. Таким образом, любой из жидкостных сепараторов может быть скомбинирован с любым из механических сепараторов. Путем использования обоих устройств в комбинации можно иметь легко приспосабливаемую, регулирующую систему, а настройку можно делать так, чтобы обеспечивать минимальный расход энергии и сырых материалов в зависимости от проводимой операции очистки.

В то время как в пределе объема как жидкостное, так и механическое ограничения оказываются эффективными для доведения до максимума коэффициента полезного действия операции очистки, например для получения необходимых результатов очистки при минимальной затрате энергии, точный баланс двух ограничений зависит от стоимости и доступности воды в месте расположения оборудования, а также и от состава регулируемого технологического потока, Как отмечалось выше, в предлагаемом устройстве применяется эжекторное сопло 1ч с сжимаемой текучей средой. Может йрименяться также паровой или воздушный эжектор или эжектор с другой сжимаемой текччей средой. Выбор между использованием пара или воздуха обычно определяют общей экономикой установки.

Если смесительная труба 5 оканчивается в прямоугольном поперечном сечении, желательно использовать диффузор, имеющий прямоугольное поперечное сечение с целью легкого изготовления и простоты конструирования. Последние преимущества прямоугольного диффузора увеличиваются по мере увеличения размера диффузора.

Диффузор сообщается с приемной. камерой 22, выполненной с выхлопной трубой 23, которая, как правило, иМеет больший диаметр по сравнению с выпускным концом диффузора

21, Вообще выхлопная труба 23 может

6942 10 которые получаются при различных процессах. Однако,как отмечалось выше, могут иметь место экологические условий, где окружающая атмосфера содер5 жит уровень мелких частиц или газооб-. разного загрязняющего вещества, которые несовместимы с определенными процессами йли технологическим оборудованием. Там, например, где необ-.!

О!

25

Чистый газ выходит из приемной камеры 22 через дымовую выхлопную трубу 23. Предпочтительно выхлопная труба .23 оборудуется направлейным вниз дефлектором 27 на ðàñïîложенной вверх по потоку стороне с целью предотвращения -выноса любых капелек, которые еще не были откло- 40 иены к нижнему участку диффузора 21.

Выхлопная труба 23 может иметь любую необходимую высоту, поскольку труба не предназначена для осуществления тяги или диспергирования от- 45 ходящих газов. Однако в случае наличия трубы может оказаться полезным предусматривать тягу на системе и тем самым уменьшать насосную sarpysку на эжектор. На самом деле, как 50 л правило, желательно предусматривать . по крайней мере короткую дымовую трубу с целью исключения попадания посторонних веществ случайно в выхлоп иую трубу или диффузор. ч

Формула изобретения

Изобретение, как оно описано выше, р основном относится к обрабртке вытекающих потоков загрязненного газап

9 Я2 иметь такую же форму, что и выпускной конец диффузора 21, т.е. она может быть круглой, эллиптической или прямоугольной, и будет заканчиваться в плоской торцовой пластине

24. С целью упрощения очистки и осмотра в торцовой пластине 24 может быть установлена дверца 25. Внутри нижней части приемной камеры 22 под выхлопной трубой можно установить расположенную под углом отражательную пластину 26, отделенную как от нижней стенки, так и от торцовой пластины 24 секции выхлопной трубы.

Отражательная пластина 26 сконструирована так, чтобы вместе со стенками выхлопной врубы образовывать канал для прохождения шлама, содержащего загрязненную воду, отделенную от газовой и водяной смеси, поступающей в диффузор. Отражательная пластина 26 служит также для исключения повторного захвата отделенной воды очищенным газом. Несомненно, что любая дополнительная вода, которая может отделиться от газового потока внутри приемной камеры 22, течет в обратном направлении по отражательной пластине 26 к задней стенке, а следовательно, и к дренажной трубе. ходимо подавать окружающий воздух в воздуходувки или компрессоры, даже относительно небольшие количества мелких частиц или двуокиси серы могут создать серьезные проблемы pas рушения или коррозии. Внутри компрЕссора воздух, будучи сжатьп4, может достигнуть точки росы и способствовать образованию серной кислоты.

Если такое положение случится, то может появиться необходимость в использовании коррозиеустойчивых материалов для компрессора и последующих элементов технологического обррудования. Хотя для захвата большинства мелких частиц можно применять фильтры -различных типов, падения давления через такие фильтры может исчисляться несколькими дюймами водяногю столба и таким образом представлять существенную потребность в энергии. Более. того, до настоящего времени не было никакого практического средства для удаления из окружающего воздуха, загрязняющих веществ, например небольших ко- . личеств двуокиси серы.

1. Способ очистки газового потока от примесей путем пропускания его и капель жидкости через смесительную камеру, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повьппения эффективности очистки, очищаемый поток иа выходе из смесительной камеры отклоняют от оси смесительной камеры с последунпцим его расширением.

2 ° Устройство для осуществления способа по и. 1, включающее камеру подвода очищаемого потока с эжекторнь1м соплом, смесительную камеру с выхлопной и дренажной трубами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности очисткй, устройство снабжено дефлекФиг. 2

A 4

4 ие. 3

11 тором, установленным на выходе из смесительной камеры; и диффуэором, размещенным между смесительной и приемной камерамИ.

826942 12

Источники информации, принятые so внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3852409, Мл. 423-242, 03 ° 12.74.

8269 1 2

Фиг. 5

4иа8

Составитель Э.Андреева

Техред Н.Майорош Корректор Н.Швыдкая

Редактор Ю.Ковач

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ: 2576 84 Тираж .706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5