устройство для очистки запыленных горячих газов и утилизации теплоты

Формула изобретения

Устройство для очистки запыленных горячих газов и утилизации теплоты, содержащее корпус, образующий нижней частью сборник жидкости, патрубки для подачи и выхода газа, расположенные соответственно в нижней и верхней частях корпуса, каплеуловитель, неподвижно закрепленный под патрубком выхода газа, патрубки для подачи и отвода жидкости, ступень газоочистки, неподвижно закрепленную в корпусе под каплеуловителем и включающую встроенную насадку, состоящую из удлиненных элементов, закрепленных в корпусе и ориентированных большей осью вдоль потока теплоносителя, распределительную решетку, неподвижно закрепленную на корпусе под насадкой, устройство для подачи жидкости, неподвижно установленное под распределительной решеткой таким образом, что отверстия для подачи жидкости ориентированы по газовому потоку; кроме этого, сборник жидкости связан с трубопроводом, содержащим отводящий трубопровод, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено по меньшей мере одной ступенью газоочистки, выполненной аналогично вышеуказанной, при этом каждая из ступеней снабжена дополнительной решеткой, установленной под устройством для подачи жидкости и неподвижно закрепленной на корпусе, причем корпус в месте соединения двух ступеней имеет внешние карманы для сбора нагретой жидкости и выполнен с окнами, расположенными напротив карманов; ступени газоочистки расположены вертикально и сообщены между собой патрубками, соединяющими карманы вышерасположенной ступени газоочистки с устройством для подачи жидкости нижерасположенной ступени газоочистки; под дополнительной решеткой первой ступени газоочистки по ходу движения газа на корпусе неподвижно закреплено дополнительное устройство для подачи жидкости, связанное с вышеуказанным напорным трубопроводом, при этом патрубок для подачи жидкости связан с устройством для подачи жидкости, установленным в последней по ходу движения газа ступени газоочистки, а патрубок для отвода жидкости связан с карманом, выполненным в первой по ходу движения газа ступени газоочистки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мокрой очистке запыленных горячих газов жидкостью в качестве промывающего агента, а также дальнейшего использования нагретой жидкости может быть реализовано в промышленности строительных материалов, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для очистки горячих газов, содержащее насадочный скруббер и установленный за ним по ходу газового потока скруббер с кольцевым зазором, перед насадочным скруббером установлена проходящая сверху вниз длинная вертикальная сатурационная труба, в нижней части которой размещен скруббер с кольцевым зазором, установка снабжена двумя сепараторами, установленными последовательно после скруббера с кольцевым зазором (см. патент РФ №2091135, МПК 6 В 01 D 47/05, 47/06) - аналог.

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является устройство для очистки запыленных горячих газов и утилизации теплоты, содержащее корпус, образующий нижней частью сборник жидкости, патрубки для подачи и выхода газа, расположенные соответственно в нижней и верхней частях корпуса, каплеуловитель неподвижно закрепленный под патрубком выхода газа, содержащий переливные трубки, патрубки для подачи и отвода жидкости, ступень газоочистки, неподвижно закрепленную в корпусе под каплеуловителем и включающую встроенную насадку, состоящую из расположенных в шахматном порядке удлиненных элементов - плоскоовальных в сечении пластин или плоскоовальных с сечении труб, закрепленных в корпусе и ориентированных большей осью вдоль потока теплоносителя, распределительную решетку, неподвижно закрепленную на корпусе под встроенной насадкой, устройство для подачи жидкости - коллектор, неподвижно установленный под распределительной решеткой таким образом, что отверстия для подачи жидкости ориентированы по газовому потоку. Кроме этого, устройство содержит напорный трубопровод, связанный со сборником жидкости и устройством для подачи жидкости, и трубы возврата промывающей жидкости, связывающие патрубки со сборником жидкости (см. патент РФ №1834692, МПК 6 В 01 D 47/04, 1993 г.) - прототип.

Недостатком известного технического решения является невозможность использования нагретой водной суспензии для технологических нужд, например, для приготовления сырьевого цементного шлама, из-за низкой степени ее нагрева (Товаров В.В., Косенко А.В. Влияние температуры на размольные свойства материалов цементного производства. / Материалы всесоюзного научно-технического совещания по химии и технологии цемента. - М., - 1980. - С.35-38).

Изобретение направлено на повышение эффективности очистки отходящих газов, с одновременным снижением их температуры на выходе, а также на расширение функциональных возможностей устройства для очистки газов за счет дальнейшего использования нагретой в процессе очистки жидкости.

Это достигается тем, что в устройстве для очистки запыленных горячих газов и утилизации теплоты, содержащем корпус, образующий нижней частью сборник жидкости, патрубки для подачи и выхода газа, расположенные соответственно в нижней и верхней частях корпуса, каплеуловитель, неподвижно закрепленный под патрубком выхода газа, патрубки для подачи и отвода жидкости, ступень газоочистки, неподвижно закрепленную в корпусе под каплеуловителем и включающую встроенную насадку, состоящую из удлиненных элементов, закрепленных в корпусе и ориентированных большей осью вдоль потока теплоносителя, распределительную решетку, неподвижно закрепленную на корпусе под насадкой, устройство для подачи жидкости, неподвижно установленное под распределительной решеткой таким образом, что отверстия для подачи жидкости ориентированы по газовому потоку; кроме этого, сборник жидкости связан с трубопроводом, содержащим отводящий трубопровод, согласно предлагаемому решению устройство дополнительно снабжено по меньшей мере одной ступенью газоочистки, выполненной аналогично вышеуказанной, при этом каждая из ступеней снабжена дополнительной решеткой, установленной под устройством для подачи жидкости и неподвижно закрепленной на корпусе, причем корпус в месте соединения двух ступеней имеет внешние карманы для сбора нагретой жидкости и выполнен с окнами, расположенными напротив карманов; ступени газоочистки расположены вертикально и сообщены между собой патрубками, соединяющими карманы вышерасположенной ступени газоочистки с устройством для подачи жидкости нижерасположенной ступени газоочистки; под дополнительной решеткой первой ступени газоочистки по ходу движения газа на корпусе неподвижно закреплено дополнительное устройство для подачи жидкости, связанное с вышеуказанным напорным трубопроводом, при этом патрубок для подачи жидкости связан с устройством для подачи жидкости, установленным в последней по ходу движения газа ступени газоочистки, а патрубок для отвода жидкости связан с карманом, выполненным в первой по ходу движения газа ступени газоочистки.

На чертеже изображено устройство для очистки запыленных горячих газов и утилизации теплоты.

Устройство состоит из корпуса 1 с патрубком подачи газа 2 и патрубком выхода газа 3, расположенными соответственно в нижней и верхней частях устройства, каплеуловителя 4, расположенного под патрубком выхода газа 3, неподвижно закрепленного, например, сваркой на корпусе 1, и расположенных вертикально под каплеуловителем 4, например, трех ступеней газоочистки, каждая из которых включает встроенную насадку 5 для турбулизации потока и увеличения поверхности контакта между газом и нагреваемой водой, выполняемую из удлиненных элементов, например металлических полос 6, ориентированных большей осью вдоль потока теплоносителя и закрепленных, например, в шахматном порядке в корпусе неподвижно, например, на кронштейне; газораспределительную решетку 7, неподвижно закрепленную под насадкой 5, например, фиксирующими болтами на корпусе 1; под газораспределительной решеткой 7 расположено устройство для подачи жидкости, выполненное, например, в виде коллектора 8 с отверстиями для подачи жидкости, ориентированными по газовому потоку и неподвижно, например сваркой, закрепленного на корпусе 1, а под коллектором 8 установлена дополнительная решетка 9 неподвижно, например сваркой закрепленная на корпусе 1.

Установка дополнительной решетки 9, установленной под коллектором 8 и закрепленной неподвижно на корпусе, позволяет надежно удерживать газожидкостную смесь в межпластинчатом пространстве встроенной насадки, что обеспечивает максимально возможный коэффициент теплопередачи от горячих газов к нагреваемой водной суспензии. Корпус 1 в месте соединения ступеней выполнен с внешними карманами 10 для сбора нагретой жидкости, напротив которых расположены окна 11 перелива нагретой жидкости. Количество карманов в каждой секции может быть различным, например один карман или два, расположенные у противоположных стенок и т.д. В предлагаемой конструкции, каждая секция имеет два кармана, расположенных у противоположных стенок устройства. Ступени газоочистки сообщены между собой патрубками 12, которые соединяют карманы 10 вышерасположенной ступени газоочистки с коллектором 8 нижерасположенной ступени газоочистки. Карманы первой по ходу движения газов ступени имеют патрубки 13 для отвода воды, нагретой до максимально возможной температуры по назначению. Под дополнительной решеткой 9 первой по ходу движения газа ступени - нижней ступени расположено дополнительное устройство для подачи жидкости, выполненное в виде дополнительного коллектора 14 с форсунками 15 для промывания дополнительной решетки 9. Дополнительный коллектор 14 неподвижно, например сваркой, закреплен на корпусе 1 и связан напорным трубопроводом 16, содержащим насос 17 со сборником жидкости 18, образованным нижней частью корпуса 1. Коллектор 8 последней по ходу движения газа ступени снабжен патрубком 19 для подачи жидкости извне, например от источника подачи технической или чистой воды (не показан). Кроме этого, сборник жидкости 18 связан с напорным трубопроводом 16, содержащим отводящий трубопровод 20.

Устройство работает следующим образом: перед началом работы устройства, сборник жидкости 18 заполняется водой до определенного уровня. Затем нагретый запыленный газ через входной патрубок 2 поступает под дополнительный коллектор 14 с форсунками 15 для подачи жидкости, поступающей из сборника жидкости 18, первой ступени по ходу движения газа. Одновременно с подачей газа в аппарат подается техническая или чистая вода через патрубок 19 в коллектор 8, последней по ходу движения газа ступени. Над коллектором 14 с форсунками 15 происходит диспергирование жидкости. Пройдя предварительную очистку в факелах диспергированной жидкости форсунок 15, очищаемый газ проходит через дополнительную решетку 9. Скорость газа такова, что часть воды диспергируемой форсунками 15 транспортируется на нижнюю дополнительную решетку 9. По границе дополнительной решетки 9 происходит инверсия фаз, если под дополнительной решеткой 9 газ был сплошной, непрерывной фазой, а капли воды - дисперсной распределительной фазой, то над дополнительной решеткой 9 газ становится дисперсной фазой в виде пузырьков, а жидкость становится сплошной непрерывной фазой. Таким образом, над дополнительной решеткой 9 создается высокотурбулизированная эмульгированная двухфазная система газ - вода, с очень развитой поверхностью контакта между фазами, большим числом единиц переноса, в которой максимально интенсивно протекают процессы захвата твердых частиц и тепломассообмена между нагретыми фазами и нагреваемой водой. В эту двухфазную систему между двумя решетками 9 и 7, посредством коллектора 8 подается нагреваемая вода, поступающая по патрубкам 12 из вышерасположенной ступени. Далее нагреваемая вода, вместе с газом, в двухфазном эмульгируемом потоке проходит через распределительную решетку 7, нижней ступени, и омывает пластины 6 насадки 5 нижней ступени. Проходя в зазорах между пластинами 6, которые способствуют турбулизации двухфазного потока и интенсификации тепломассообменного процесса, жидкая фаза интенсивно захватывает частицы пыли, и вода догревается до максимально возможной температуры, приближающейся к температуре мокрого термометра. Над насадкой 5 нижней ступени скорость газа падает, и происходит сепарация нагреваемой воды из газового потока. Вода отбрасывается через окна 11 в карманы 10 и отводится из аппарата через патрубок отвода жидкости 13, по назначению. Промывающий агент (нагретая вода с уловленной пылью) может быть использована в технологическом процессе, например, для приготовления цементного сырьевого шлама, керамического шликера и др.

Газ поступает во вторую ступень по ходу газа, работающую по тому же принципу, что и нижняя (предыдущая) ступень, за исключением того, что во второй ступени догревается вода, поступающая по патрубкам 12 из верхней ступени теплотой отходящих газов в том числе и теплотой конденсации водяных паров. При этом техническая или чистая вода подается извне из любого источника подачи жидкости (не показан) в коллектор 8 верхней ступени.

Таким образом, каждая ступень работает в режиме прямотока фаз газ - вода, так как в каждой ступени вода, поступающая из верхней ступени, подхватывается газовым потоком и движется в прямотоке, однако в целом устройство работает в режиме противотока, в связи с тем, что газ поступает под дополнительный коллектор 14 с форсунками 15 в нижнюю часть аппарата, а техническая или чистая вода подается в коллектор 8 верхней ступени, то в целом в устройстве вода и газ движутся в противотоке. Это позволяет из верхней части устройства отвести максимально охлажденный газ, из которого сконденсировалось значительное количество водяных паров, а из нижней части отводить воду максимально возможной температуры.

При конденсации водяных паров очень тонкодисперсные частицы твердой фазы являются центром конденсации водяных паров, за счет адсорбции на их поверхности молекул воды, масса их возрастает, адгезия увеличивается, коагуляция возрастает, что в целом способствует интенсификации процесса захвата твердых частиц водой, увеличивая эффективность пылезолоулавливания до максимально возможных величин (99,9%). Очищенный от твердой фазы и охлажденный газ, после третьей ступени по ходу газа проходит через каплеуловитель 4, где освобождается от капель нагреваемой воды, и далее удаляется из устройства через патрубок выхода газа 3.

Часть жидкости в процессе работы устройства стекает в виде пленки по стенкам устройства, очищая их от пылеотложений, и поступает в сборник воды 18, откуда насосом напорного трубопровода 17 подается в коллектор 14 с форсунками 15 для промывания дополнительной решетки, излишек воды патрубком отвода жидкости 20 отводится по назначению.

Количество ступеней определяется требуемой степенью с одной стороны - охлаждения газов, а с другой стороны - окончательной температуры нагрева воды. Чем меньше требуется температура отходящих газов (большее количество конденсируемого водяного пара и тем выше эффективность золопылеулавливания) тем большее количество ступеней очистки требуется и наоборот.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет повысить эффективность очистки отходящих газов (увеличивая эффективность пылезолоулавливания до максимально возможных величин 99,9%), с одновременным снижением их температуры на выходе, а также расширить функциональные возможности устройства для очистки газов за счет дальнейшего использования нагретой в процессе очистки жидкости. Предлагаемая конструкция может быть использована для дополнительной очистки отходящих газов после электрофильтров и др. аппаратов очистки.