RU2843552C1 - Способ подачи жидкости в вихревую камеру центробежно-барботажного аппарата - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к принципу работы центробежно-барботажного аппарата. Изобретение касается способа подачи жидкости в вихревую камеру центробежно-барботажного аппарата, при этом жидкость под напором распределяется по отводам, на конце которых установлены полнофакельные форсунки, установленные сонаправленно движению газа таким образом, чтобы распыл жидкости покрывал объем, ограниченный лопатками вихревой камеры и нижним и верхним основаниями завихрителя, позволяя сформировать вращающийся газожидкостный слой. Технический результат - снижение нижней границы производительности центробежно-барботажного аппарата; уменьшение гидравлического сопротивления аппарата за счет эффекта эжектирования газов; увеличение эффективности очистки. 1 ил.

Description

Принцип работы центробежно-барботажного аппарата (ЦБА) основан на прохождении газа через вращающийся слой жидкости, удерживаемый центробежными силами в завихрителе. ЦБА используются в качестве скруббера, абсорбера, десорбера, контактного теплообменника, аэратора, деаэратора, химического реактора в технологических процессах.

Основным элементом ЦБА является завихритель - неподвижный направляющий аппарат, представляющий из себя вихревую камеру с отверстиями, расположенными по окружности под определенным углом к оси. Загрязненный поток газа, поступает снаружи камеры, попадает в отверстия, закручивается и вовлекает во вращательное движение жидкость. В результате, вновь поступающий газ вынужден преодолевать сопротивление вращающейся жидкости, барботировать сквозь нее, тем самым происходит дробление жидкости на мельчайшие капли, и формируется вращающийся газожидкостный слой, удерживаемый в камере центробежными силами.

Жидкость в аппарат обычно подается свободным потоком внутрь аппарата по оси завихрителя, либо стекает струями через каналы в верхней части завихрителя. В некоторых конструкциях ЦБА завихритель погружен в емкость с жидкостью.

Формирование вращающегося газожидкостного слоя происходит за счет работы вентилятора в определенном диапазоне скоростей газа в отверстиях завихрителя. При скоростях газа меньше определенного значения (обычно 12 -15 м/с) формирование газожидкостного слоя не происходит и аппарат не выполняет свои функции. По этой причине у аппаратов есть нижнее ограничение по производительности. Верхнее ограничение производительности происходит по причине увеличенного гидравлического сопротивления аппарата и возможного выноса брызг и определяется характеристиками вентилятора (максимальной производительностью).

Например, ЦБА, рассчитанный на оптимальную производительность 10000 м³/ч, обычно имеет рабочий диапазон 7000 - 11000 м³/ч. Для задач, в которых количество загрязненного газа варьируется от 0 до 10000 м³/ч, такой ЦБА оснащают приточным клапаном, через который подается воздух из помещения или очищенные газы через газоход после вентилятора. Так, при расходе загрязненного газа 1000 м³/ч, необходимо засасывать еще 6000 м³/ч воздуха, чтобы обеспечить нижнюю границу производительности в 7000 м³/ч, при которой формируется газожидкостный слой. В результате, энергозатраты для очистки газа в количестве 1000 м³/ч равняются энергозатратам очистки 7000 м³/ч, из которых 6000 м³/ч являются газами, не нуждающимися в очистке.

Известен способ для очистки промышленных объектов от угольной пыли (патент РФ №2450849, 18.06.2010, B01D 50/00), в котором вода или водный раствор реагентов поступает самотеком в вихревую камеру через отверстия в специальном канале, расположенном над завихрителем по внешнему краю вихревой камеры.

Известно устройство для очистки газа и воздуха (патент РФ №2404838, 20.07.2009, B01D 3/30, B01D 53/18), в котором вода или водный раствор регентов поступает в вихревую камеру снаружи по пластине - основанию вихревой камеры самотеком.

Известен способ мокрой очистки газа и устройство для его осуществления (патент РФ №2236890, 22.05.2003, B01D 47/00), в котором вода также поступает в вихревую камеру через отверстия в специальном канале, расположенном над завихрителем по внешнему краю вихревой камеры.

Недостатком описанных выше решений является узкий рабочий диапазон производительности аппаратов. Газо-жидкостный вращающийся слой формируется только за счет энергии вентилятора, которому необходимо развить необходимые скорости потока газов в межлопаточном пространстве завихрителя. При снижении производительности по газу от расчетного значения более чем на 30% газожидкостный слой не может сформироваться и эффективность очистки резко снижается вплоть до нулевых значений.

Наиболее близким аналогом является вихревая камера для контакта газа и жидкости (патент РФ №2555029, 11.11.2013, B01D 47/06), в котором вода подается снаружи вихревой камеры тангенциально и сонаправленно закрутке.

Недостатком данного решения является акцент на попытке снизить гидравлическое сопротивление аппарата за счет установки раскручивателя закрученного потока и сонаправленной подачи воды, при этом рабочий диапазон производительности аппарата не увеличивается, а вода подается свободно истекающими безнапорными струями, не имеющими эжекционного эффекта, без установки полнофакельных форсунок и без формирования газожидкостного вращающегося слоя за счет работы насоса.

Задачей изобретения является повышение производительности ЦБА и снижение энергозатрат.

Поставленная задача решается тем, что в способе подачи жидкости в вихревую камеру ЦБА, при котором жидкость подают через равномерно расположенные по периметру камеры тангенциальные отверстия, согласно изобретению, жидкость подают под напором через полнофакельные форсунки, расположенные соосно отверстиям камеры.

Основная идея заключается в подаче воды тангенциально и сонаправленно закрутке снаружи вихревой камеры и под напором через форсунки, чтобы эффект эжектирования газов или воздуха существенно снизил гидравлическое сопротивление аппарата.

Способ подачи жидкости через форсунки, расположенные соосно отверстиям завихрителя, позволяет сформировать вращающийся газожидкостный слой за счет энергии насоса, тем самым имеет преимущества перед способами безнапорной подачи воды внутрь вихревой камеры.

Предлагаемый способ подачи жидкости позволяет:

1. снизить нижнюю границу производительности ЦБА;

2. уменьшить гидравлическое сопротивление ЦБА за счет эффекта эжектирования газов;

3. увеличить эффективность очистки за счет дополнительного распыла жидкости на входе газов в вихревую камеру.

На фиг. 1 показана принципиальная схема реализации подачи жидкости в вихревую камеру ЦБА, где:

1 - вихревая камера ЦБА;

2 - тангенциальные отверстия камеры;

3 - вращающийся газожидкостный слой;

4 - полнофакельные форсунки.

Способ осуществляется следующим образом.

При включении насоса вода или водный раствор поступает в систему подачи воды аппарата (не обозначена на рисунке), распределяется по отводам, на конце которых установлены полнофакельные форсунки (4). Форсунки установлены сонаправленно движению воздуха таким образом, чтобы распыл жидкости покрывал объем, ограниченный лопатками вихревой камеры и нижним и верхним основаниями завихрителя (не показан на рисунке). В результате, при удельной подаче воды в количестве 3-5 л/м³ проявляется эжектирующий эффект, способствующий образованию газожидкостного слоя (3) при скоростях воздуха ниже 10 м/с, а также позволяющий очищать воздух за счет микрокапельного распыла жидкости перед вихревой камерой. Для подачи воды требуется насос, обеспечивающий напор не менее 30 мм вод. ст. и производительность не ниже 3 л/м³ от расчетной производительности по воздуху.

При описанном способе подачи воды в вихревую камеру ЦБА, рассчитанной на производительность 10000 м³/ч, газо-жидкостный слой формируется при 3000 м³/ч, а при производительности 0-3000 м³/ч имеется плотная микрокапельная завеса, которая способствует газоочистке на уровне эжекторного скруббера.

Поставленная задача решается тем, что способ подачи жидкости в вихревую камеру центробежно-барботажного аппарата, характеризуется тем, что жидкость под напором распределяется по отводам, на конце которых установлены полнофакельные форсунки, установленные сонаправленно движению газа таким образом, чтобы распыл жидкости покрывал объем, ограниченный лопатками вихревой камеры и нижним и верхним основаниями завихрителя, позволяя сформировать вращающийся газожидкостный слой.

Основная идея заключается в подаче воды тангенциально и сонаправленно закрутке снаружи вихревой камеры и под напором через форсунки, чтобы эффект эжектирования газов или воздуха существенно снизил гидравлическое сопротивление аппарата.

Способ подачи жидкости через форсунки, расположенные соосно отверстиям завихрителя, позволяет сформировать вращающийся газожидкостный слой за счет энергии насоса, тем самым имеет преимущества перед способами безнапорной подачи воды внутрь вихревой камеры.

Предлагаемый способ подачи жидкости позволяет:

1. снизить нижнюю границу производительности ЦБА;

2. уменьшить гидравлическое сопротивление ЦБА за счет эффекта эжектирования газов;

3. увеличить эффективность очистки за счет дополнительного распыла жидкости на входе газов в вихревую камеру.

На фиг. 1 показана принципиальная схема реализации подачи жидкости в вихревую камеру ЦБА, где:

1 - вихревая камера ЦБА;

2 - тангенциальные отверстия камеры;

3 - вращающийся газожидкостный слой;

4 - полнофакельные форсунки.

Способ осуществляется следующим образом.

При включении насоса вода или водный раствор поступает в систему подачи воды аппарата (не обозначена на рисунке), распределяется по отводам, на конце которых установлены полнофакельные форсунки (4). Форсунки установлены сонаправленно движению воздуха таким образом, чтобы распыл жидкости покрывал объем, ограниченный лопатками вихревой камеры и нижним и верхним основаниями завихрителя (не показан на рисунке). В результате, при удельной подаче воды в количестве 3-5 л/м³ проявляется эжектирующий эффект, способствующий образованию газожидкостного слоя (3) при скоростях воздуха ниже 10 м/с, а также позволяющий очищать воздух за счет микрокапельного распыла жидкости перед вихревой камерой. Для подачи воды требуется насос, обеспечивающий напор не менее 30 мм вод. ст. и производительность не ниже 3 л/м³ от расчетной производительности по воздуху.

При описанном способе подачи воды в вихревую камеру ЦБА, рассчитанной на производительность 10000 м³/ч, газо-жидкостный слой формируется при 3000 м³/ч, а при производительности 0-3000 м³/ч имеется плотная микрокапельная завеса, которая способствует газоочистке на уровне эжекторного скруббера.

Claims (1)

1. Способ подачи жидкости в вихревую камеру центробежно-барботажного аппарата, характеризующийся тем, что жидкость под напором распределяется по отводам, на конце которых установлены полнофакельные форсунки, установленные сонаправленно движению газа таким образом, чтобы распыл жидкости покрывал объем, ограниченный лопатками вихревой камеры и нижним и верхним основаниями завихрителя, позволяя сформировать вращающийся газожидкостный слой.