CZ2005552A3

CZ2005552A3 - Zpusob mokrého cistení plynu nebo vzduchu nebo par a zarízení k provádení tohoto zpusobu

Info

Publication number: CZ2005552A3
Application number: CZ20050552A
Authority: CZ
Inventors: Lysytchuk@Oleg; Hégr@Jaroslav
Original assignee: Lysytchuk@Oleg; Hégr@Jaroslav
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-04-04
Also published as: CZ299649B6

Abstract

Resení se týká zpusobu mokrého cistení plynu nebovzduchu nebo par ve skrubrech, jejichz vnitrní prostor telesa je cástecne zaplnen cistící tekutinoujehoz podstata spocívá v tom, ze cistené médium je minimálne jedním vstupním hrdlem vháneno vysokourychlostí do sikmo smerem vzhuru vedených a cástecne zatopených kanálu, kde se cisticí kapalina díky své kinetické energii okamzite rozprasuje na velké mnozství malých kapek a prípadne penu, a vzniklá smes je soucasne podrobována inertnímu, absorpcnímu a difúznímu rezimu oddelování necistot obsazených v cisteném médiu, pricemz zachycené necistoty se pritom neutralizují, shlukují a usazují ve spodní cásti skrubru a rozprásené kapky cistící kapaliny jsou pak po výstupu z kanálu zachytávány a srázeny zpet, címz je ve znacné míre zabráneno v jejich pronikání do výstupního hrdla skrubru a zajisteno jejich navrácení do cistícího procesu.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu mokrého čištění plynů nebo vzduchu nebo par od nežádoucích částic, jako jsou například prach, páry kyselin, oxidy dusíku, síra, laky, barvy a ostatní jedovaté a nebezpečné organické a anorganické látky a sloučeniny, a současně řeší konstrukci zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Pro odlučování dispergovaných částic ze vzduchu, plynů nebo par se používají různé typy zařízení založené na sedimentaci, filtraci či jiných fyzikálních principech. Běžně se používá různých způsobů odlučování částic mokrou cestou pomocí kapaliny v rozprašovacích odlučovačích, tzv. skrubrech, kde hlavními nedostatky těchto postupů je poměrně nízký stupeň očištění plynu, složitost celkové konstrukce zařízení, jejíž nezbytnou součástí jsou velice výkonná cirkulační čerpadla s velkou spotřebou kapaliny a energeticky náročným provozem.

Je známo mokré čištění plynů podle spisu SU 1152626, kde je popsán skruber, který je tvořen tělesem částečně zaplněným tekutinou, kde ve vnitřním prostoru tělesa jsou umístěny tryska s rázovým účinkem, válcový a kónický rozmetač s kruhovou štěrbinou, prstencová proudová Venturiho trubice se štěrbinami, komora s omezující mřížkou a kruhové teleskopické zařízení. Nedostatkem tohoto řešení je velmi složitá konstrukce zařízení, velké provozní náklady, nízká úroveň očištění plynu

-2 od lehkých aerosolových částic a chemicky aktivních reagentů při velké spotřebě čistícího roztoku.

Dále je známo řešení dle patentu US 5201919, kde popsané zařízení obsahuje těleso, potrubí pro přívod a odvod plynů, vysokotlakou trysku k rozprašování tekutiny, cyklicky zakřivené přepážky a zakřivené zachytávače kapek. Ve spodní části tělesa je pak instalován systém mříží sloužící k vytváření turbulentních procesů při vstupu plynu do zařízení. Nedostatkem tohoto způsobu čištění je složitá konstrukce zařízení, vysoká spotřeba tekutiny a nedostatečná úroveň očištění plynů jak od mechanických částic tak od chemicky aktivních látek.

Zařízení dle patentu SU 1212517 sestává ze skrubru obsahujícího těleso částečně zatopené vodou, potrubí pro přívod a odvod plynů, válcový a konický rozstřikovač s kruhovou štěrbinou a tryskou s rázovým účinkem, prstencovou proudovou Venturiho trubici s kruhovou štěrbinou, omezující mřížku a kruhovou nádobu s vypouštěcí trubkou. Nedostatkem tohoto řešení je opět velká složitost konstrukce, nezbytnost nastavování a regulace zařízení pro různé stupně znečištění plynu a také nízká úroveň očištění plynů od aerosolů a částic menších než 1μ.

Konečně je známo řešení dle spisu WO 03/045524, v němž je popisován způsob mokrého čištění plynů ve skrubru obsahujícím řadu směrových trubek uspořádaných do hvězdicového tvaru a sloužících k rozvodu tepelného média a k zajištění pohybu plynu ve směru hodinových ručiček. Po ohřátí prochází pod tlakem vháněný čištěný plyn v protisměru tepelného média přes řadu menších nádrží naplněných tekutinou, přičemž v tekutině vzniká velké množství plynových bublinek. Díky tomuto procesu se zvyšuje míra očištění plynu od nežádoucích příměsí, chemických látek a prachu. Nedostatkem tohoto způsobu propírání je složitá konstrukce skrubru, vysoký hydraulický odpor aparátu, vysoké provozní náklady spojené s nezbytným ohřevem teplonosného média a také nutnost opětovného seřizování aparátu a použití jiných druhů tekutin pro různé typy čištěného plynu. Toto zařízení pak rovněž není vhodné pro čištění velkých objemů plynu.

• · • · · ·

Úkolem vynálezu je vytvořit takový způsob mokrého čištění plynů nebo vzduchu nebo par a jemu odpovídající zařízení, které by bylo konstrukčně poměrně jednoduché, vykazovalo vysokou kvalitu a stupeň čištění plynných médií od všech druhů nečistot, a to při nízkých provozních nákladech.

Podstata vynálezu

Uvedené požadavky v podstatě splňuje způsob mokrého čištění plynů nebo vzduchu nebo par ve skrubrech, jejichž vnitřní prostor tělesa je částečně zaplněn čistící tekutinou, kde podstata vynálezu spočívá vtom, že čištěné médium je minimálně jedním vstupním hrdlem vháněno vysokou rychlostí do šikmo směrem vzhůru vedených a částečně zatopených kanálů, kde se čistící kapalina díky své kinetické energii okamžitě rozprašuje na velké množství malých kapek a případně pěnu, a vzniklá směs je současně podrobována inertnímu, absorpčnímu a difúznímu režimu oddělování nečistot obsažených v čištěném médiu, přičemž zachycené nečistoty se přitom neutralizují, shlukují a usazují ve spodní části skrubru a rozprášené kapky čistící kapaliny jsou pak po výstupu z kanálů zachytávány a sráženy zpět, čímž je ve značné míře zabráněno v jejich pronikání do výstupního hrdla skubru a zajištěno jejich navrácení do čistícího procesu.

Dále je podstatou vynálezu, že rychlost vháněného čištěného média se pohybuje v rozmezí hodnot 15-300 m/s a je závislá na hydraulickém odporu ΔΡ zatopených kanálů, který se pohybuje v rozmezí 0,5-10 kPa a jeho výpočet je dán vzorcem

ΔΡ = ξτ Y_P (v^/žg) + ξ₂ Yk (y^/2g) m, kde použité symboly značí ξι, ξ₂ - koeficienty odporu suchého a mokrého kanálu Y_P, γκ- hustota čištěného média a kapaliny (kg/m³) g - tíhové zrychlení • ·

w - rychlost čištěného média uvnitř kanálů (obvykle 15-30 m/s) m - hmotnost prachu nebo roztoku unášeného 1 m³ média.

Také je podstatou vynálezu, že do čistící kapaliny jsou v závislosti na druhu čištěného média přidávány aktivní přísady vybrané ze skupin chemické absorbenty nebo smáčivé a rozpouštědlové reagenty.

Konečně je podstatou vynálezu konstrukce zařízení pro mokré čištění plynů nebo vzduchu nebo par tvořené skrubrem, jehož těleso obsahuje minimálně jedno vstupní hrdlo pro přívod znečištěného média, alespoň jedno výstupní hrdlo pro odvod vyčištěného média, potrubní systémy vybavené ovládacími, řídícími a pojistnými armaturami, a související systém ovládacích a řídících prvků, kde ve střední části vnitřního prostoru tělesa je umístěna minimálně jedna dvojice šikmo vzhůru vedených přepážek, vytvářejících kanály skloněné pod úhlem 30-60°, přičemž spodní přepážky jsou alespoň částečně ponořené v čistící kapalině, takže kanály jsou touto čistící kapalinou částečně zatopené, přičemž v horní části vnitřního prostoru tělesa je ve směru proudění čištěného média po jeho průchodu kanály nainstalována minimálně jedna sada nakloněných lamel.

Ve výhodném provedení jsou kanály jsou skloněné pod úhlem 30-60° a buď spodní přepážky a nebo spodní přepážky i horní přepážky kanálů jsou obloukovitě zakřiveny, přičemž lamely jsou sklopného provedení.

Způsobem a konstrukcí zařízení podle vynálezu dosahuje vyššího účinku vtom, že se při malých provozních nákladech dosahuje vysoké efektivity čištění plynů, vzduchu či par, která se proti známým způsobům zvyšuje 3x až 4x. Toto je způsobeno skutečností, že při čištění plynů je na velmi krátkém úseku kanálů mezi přepážkami dosahováno různých režimů odstraňování nečistot z čištěného média, a to inertního s vydělením částic prachu větších než 5pm, absorpce se zachycením plynných příměsí a par kyselin povrchem kapek a pěny a difúze s vydělením částic • · · · ·

-5prachu menších než 1 pm díky turbulenci proudu plynu a vytvoření malých vírů. Další výhodou předkládaného řešení je velmi malá spotřeba čistící kapaliny, která se opakovaně vrací k využití v čistícím procesu.

Popis obrázků na připojených výkresech

Konkrétní příklady provedení zařízení podle vynálezu jsou schématicky znázorněny na připojených výkresech, kde obr.1 je vertikální podélný řez zařízením s přívodem čištěného média shora a sadou přepážek orientovaných šikmo vzhůru v jednom směru, obr.2 je půdorysný pohled na zařízení z obr.1, obr.3 je vertikální podélný řez alternativním provedením zařízení s bočním přívodem čištěného média a sadou přepážek orientovaných šikmo vzhůru symetricky zrcadlově ze dvou vstupů, obr.4 je řez A-A zařízením z obr.3, obr.5 je vertikální řez alternativním provedením zařízení s bočním přívodem čištěného média a sadou přepážek orientovaných šikmo vzhůru různými směry z jednoho vstupu, obr.6 je řez B-B zařízením z obr.5, obr.7 je řez A-A zařízením z obr.5, obr.8a je grafické znázornění závislosti míry vydělení prachu η na hydraulickém odporu zařízení ΔΡ při čištění exhalací elektrické obloukové pece vodou a roztokem Na3PO₄v různých koncentracích, obr.8b je grafické znázornění zůstatkové koncentrace Z na hydraulickém odporu zařízení ΔΡ při stejném čištění jako je popsáno u obr.8a, obr.9 je tabulka prokazující účinnost zařízení dle obr.3 při jeho zkušebním testování na různých provozech v továrně na výrobu hliníku.

• ·

-6Příklady provedení vynálezu

Základem zařízení pro mokré čištění médií podle vynálezu je skrubr, jehož těleso 1 podle obr.1 a 2 obsahuje vstupní hrdlo 1_1 pro přívod znečištěného média, výstupní hrdlo 12 pro odvod vyčištěného média, plovákovou komoru 13 s regulátorem 14 výšky hladiny čistící kapaliny 2 a výpustní otvory 15, umístěné v zásobníku 16 situovaném ve spodní části tělesa l a sloužící k odvodu usazenin. Ve střední části vnitřního prostoru tělesa 1 jsou umístěny tři dvojice šikmo vzhůru vedených stejným směrem orientovaných přepážek 3, 4, vytvářejících kanály 5 skloněné pod úhlem 30-60°, přičemž spodní přepážky 3 jsou alespoň částečně ponořené v čistící kapalině 2, takže kanály 5 jsou touto čistící kapalinou 2 částečně zatopené. S výhodou jsou pak buď spodní přepážky 3 a nebo spodní přepážky 3 i horní přepážky 4 obloukovitě zakřiveny. V horní části vnitřního prostoru tělesa 1 jsou ve směru proudění čištěného média po jeho průchodu kanály 5 nainstalovány dvě sady nakloněných, s výhodou sklopných, lamel 6 sloužících k zachycení rozvířených kapek čistící kapaliny 2 před jejich proniknutím do výstupního hrdla 12 společně s vyčištěným médiem.

Zařízení je pak vybaveno neznázorněnými potrubními systémy, ovládacími, řídícími a pojistnými armaturami a jeho nedílnou součástí je rovněž neznázorněný systém ovládacích a řídících prvků a jejich příslušenství včetně ovládacího pultu obsluhy.

V alternativním provedení zařízení podle obr.3 a 4 jsou do tělesa 1 instalovány bočně dvě vstupní hrdla 11. a přepážky 3, 4 jsou vytvořeny symetricky zrcadlově směrem od sebe. V horní části tělesa 1 jsou pak vytvořena tři výstupní hrdla 12 vyvedená do jednoho odtahového potrubí 7. Na obr., 5 až 7 je znázorněna další možná varianta konstrukce zařízení s bočně zaústěným vstupním hrdlem H, přepážkami 3, 4 vytvořenými šikmo vzhůru různými směry a dvěma řadami lamel 6 situovaných vzájemně kolmo.

-7Při čistícím procesu je čištěné médium vháněno vysokou rychlostí, která se v závislosti na druhu média a jeho objemu pohybuje v rozmezí hodnot 15-300 m/s, jedním nebo více vstupními hrdly 1J_ do částečně zatopených kanálů 5, vykazujících v závislosti na rychlosti média a výšce hladiny kapaliny 2 hydraulický odpor ΔΡ o velikosti 1,0-10 kPa, jehož výpočet je dán vzorcem

ΔΡ = ξι Y_P (w²/2g) + ξ₂ y_k (w^g) m, kde použité symboly značí ξι, ξ₂ — koeficienty odporu suchého a mokrého kanálu

Y_P, Yk - hustota čištěného média a kapaliny (kg/m³) g - tíhové zrychlení w - rychlost čištěného média uvnitř kanálů (obvykle 15-30 m/s) m - hmotnost prachu nebo roztoku unášeného 1 m³ média (obvykle je to 0,05-0,1 kg/m³, může to ovšem být v závislosti na hloubce zatopení vstupu do kanálů až 10 kg/m³).

Díky účinkům třecích sil mezi čištěným médiem a čistící kapalinou s sebou proud média unáší horní vrstvu kapaliny 2 do kanálů 5 tvořených přepážkami 3, 4. V kanálech 5 se čistící kapalina díky své kinetické energii okamžitě rozprašuje na velké množství malých kapek a pěnu, které mají schopnost pohlcovat látky znečišťující médium, tedy prach, páry kyselin, oxidy dusíku, síry, laky, barvy a ostatní jedovaté a nebezpečné anorganické i organické látky a sloučeniny. Čistící kapalina 2 během procesu neustále cirkuluje okolo přepážek 3, 4, přičemž zde dochází zároveň k inertnímu, absorpčnímu a difúznímu zachycování nečistot obsažených v médiu. Zachycené látky se přitom neutralizují, shlukují a usazují v zásobníku 16, odkud jsou pravidelně odčerpávány. Rozprášené kapky čistící kapaliny 2 jsou pak po výstupu z kanálů 5 zachytávány na lamelách 6, které je sráží zpět a zabraňují tak ve značné míře v jejich pronikání do výstupního hrdla 12. čímž se značně snižuje celková spotřeba čistící kapaliny 2, která je přibližně 5-20 g/m³ čištěného plynu nebo 0,5-5 m³/hod v zařízeních s výkonem 10-400 tisíc m³/hod čištěného média.

Účinnost předkládaného vynálezu je dokladována následujícími příklady :

• · · ·

Příklad 1 :

Byla zkoumána závislost a vliv koncentrace Na₃PO₄ na míru očištění plynů z elektrické obloukové pece v aspiračních systémech výroby oxidu hlinitého za použití základního zařízení s výkonem 20 tisíc m³/hod znázorněného na obr.1. Při koncentraci Na₃PO₄ ve výši 22,5 g/l a neměnném hydraulickém odporu agregátu pohybujícím se v rozmezí hodnot 1,5-2 kPa bylo dosaženo nárůstu efektivity čistícího procesu 3-4x. Vliv koncentrace Na₃PO₄ na míru očištění plynů pak byl dále zkoumán pro různé hodnoty a výsledky jsou graficky znázorněny na obr.8a a obr.8b, kde křivka č.1 obsahuje hodnoty při čištění média vodou a křivky 2, 3, 4 při čištění roztokem Na₃PO₄ o koncentracích 13,5 g/l, 15 g/l a 22,5 g/l.

Příklad 2 :

Byly zkoumány parametry zařízení konstruovaného dle obr.3 a 4 v závodě na výrobu hliníku v jeho různých provozech, a to zařízení o výkonu 100 tis. m³/hod použitého pro čištění exhalací parního kotle na černé uhlí od popele. Původní obsah prachu byl 12,29-35,80 g/m³ a hydraulický odpor aparátu 1,4 kPa. Popel byl odstraněn z 99% a zbytková hodnota činila 0,160-0,276 g/m³. Teplota plynů se snížila ze 165 na 40°C. K zachytávání rozvířených kapek vody byly použity tři řady nakloněných lamel o šířce 200 mm. Při rychlosti procházejících plynů 1,5-3 m/s byly zachytávány kapky větší než 5pm. Hydraulický odpor systému zachytávajícího kapky nepřesahoval 10 Pa. Dosažené výsledky jsou zahrnuty ve srovnávací tabulce na obr.9.

Příklad 3 :

Zařízení konstrukce dle obr.5 až 8 o výkonu 80 tis. m³/hod bylo použito pro čištění vzduchu od prachu a fluorovodíku při výrobě granulí dvojitého superfosfátu. Počáteční obsah prachu byl 0,673-6,35 g/m³ a hydraulický odpor zařízení 1,3-1,75 • · « · · ·

-9kPa. Během čistícího procesu se odstranilo 93-98% prachu a 78-94% fluorovodíku. Výsledky jsou opět zahrnuty do srovnávací tabulky dle obr.9.

Popsané konstrukce zařízení nejsou jedinými možnými provedeními podle vynálezu ale skrubry mohou být realizovány dle objemů čištěného média a jeho druhu, popřípadě dle možnosti využití zástavbového prostoru různě, a to s různými variantami umístění vstupních hrdel 12 a jejich propojení s kanály 5 tvořených různými uspořádáními sad přepážek 3, 4 , a to jejich vyvedením šikmo vzhůru jedním směrem či zrcadlově souměrně.

Průmyslová využitelnost

Způsob mokrého čištění plynů nebo vzduchu nebo par a zařízení k provádění tohoto způsobu podle vynálezu je možno uplatnit v různých odvětvích strojírenského i chemického průmyslu, v oblasti metalurgie železných i barevných kovů, a to zejména na výstupech plynů z elektrických, tavících či žíhacích pecí, drtičů, sušiček, konvertorů, lakoven, ale i jako průmyslové klimatizační zařízení pro sanitární čištění vzduchu ve výrobních prostorách.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob mokrého čištění plynů nebo vzduchu nebo par ve skrubrech, jejichž vnitřní prostor tělesa je částečně zaplněn čistící tekutinou, vyznačující se tím, že čištěné médium je minimálně jedním vstupním hrdlem vháněno vysokou rychlostí do šikmo směrem vzhůru vedených a částečně zatopených kanálů, kde se čistící kapalina díky své kinetické energii okamžitě rozprašuje na velké množství malých kapek a případně pěnu, a vzniklá směs je současně podrobována inertnímu, absorpčnímu a difúznímu režimu oddělování nečistot obsažených v čištěném médiu, přičemž zachycené nečistoty se přitom neutralizují, shlukují a usazují ve spodní části skrubru a rozprášené kapky čistící kapaliny jsou pak po výstupu z kanálů zachytávány a sráženy zpět, čímž je ve značné míře zabráněno v jejich pronikání do výstupního hrdla skubru a zajištěno jejich navrácení do čistícího procesu.
2. Způsob mokrého čištění podle nároku 1, vyznačující se tím, že rychlost vháněného čištěného média se pohybuje v rozmezí hodnot 15-300 m/s a je závislá na hydraulickém odporu ΔΡ zatopených kanálů, který se pohybuje v rozmezí 1,0-10 kPa a jeho výpočet je dán vzorcem

ΔΡ ~ ξι Y_P (vZ/Žg) + ξ₂ Yk (v^/Žg) m, kde použité symboly značí ξι, ζζ - koeficienty odporu suchého a mokrého kanálu Y_P, Yk - hustota čištěného média a kapaliny (kg/m³) g - tíhové zrychlení w - rychlost čištěného média uvnitř kanálů (obvykle 15-30 m/s) m - hmotnost prachu nebo roztoku unášeného 1 m³ média.
3. Způsob mokrého čištění podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že do čistící kapaliny jsou v závislosti na druhu čištěného média přidávány aktivní přísady vybrané ze skupin chemické absorbenty nebo smáčivé a rozpouštědlové reagenty.

• · • · · · • · ·

-11
4. Zařízení pro mokré čištění plynů nebo vzduchu nebo par tvořené skrubrem, jehož těleso (1) obsahuje minimálně jedno vstupní hrdlo (11) pro přívod znečištěného média, alespoň jedno výstupní hrdlo (12) pro odvod vyčištěného média, potrubní systémy vybavené ovládacími, řídícími a pojistnými armaturami, a související systém ovládacích a řídících prvků, vyznačující se tím, že ve střední části vnitřního prostoru tělesa (1) je umístěna minimálně jedna dvojice šikmo vzhůru vedených přepážek (3, 4), vytvářejících kanály (5) skloněné pod úhlem 30-60°, přičemž spodní přepážky (3) jsou alespoň částečně ponořené v čistící kapalině (2), takže kanály (5) jsou touto čistící kapalinou (2) částečně zatopené, přičemž v horní části vnitřního prostoru tělesa (1) je ve směru proudění čištěného média po jeho průchodu kanály (5) nainstalována minimálně jedna sada nakloněných lamel (6).
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že kanály (5) jsou skloněné pod úhlem 30-60°.
6. Zařízení podle nároků 4 a 5, vyznačující se tím, že buď spodní přepážky (3) a nebo spodní přepážky (3) i horní přepážky (4) kanálů (5) jsou obloukovitě zakřiveny.
7. Zařízení podle některého z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že lamely (6) jsou sklopného provedení.