CZ299649B6 - Zpusob mokrého cištení plynu nebo vzduchu nebo par a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Zpusob mokrého cištení plynu nebo vzduchu nebo par ve skrubrech, jejichž vnitrní prostor telesa je cástecne zaplnen cisticí tekutinou, kde podstata rešení spocívá v tom, že cištené médium je minimálne jedním vstupním hrdlem vháneno rychlostí 15 až 300 m/s do šikmo smerem vzhuru vedených a cástecne zatopených kanálu, kde se cisticí kapalina vlivem dodané kinetické energie okamžite rozprašuje na velké množství malých kapek a prípadne penu s velkýmmerným povrchem, címž ve vzniklé smesi cisticí kapaliny a cišteného média soucasne dochází k bežnému inertnímu, absorpcnímu a difúznímu režimu oddelování necistot obsažených v cišteném médiu, pricemžzachycené necistoty se pritom shlukují, prípadne neutralizují pomocí aktivních prísad pridávaných do cisticí kapaliny, a vlivem pusobení gravitacníchsil usazují ve spodní cásti skrubru, když rozprášené kapky cisticí kapaliny unášené spolu s proudemvycišteného média jsou pak po výstupu z kanálu mechanicky zachytávány a sráženy zpet, címž je ve znacné míre zabráneno v jejich pronikání do výstupního hrdla skrubru odvádejícího vycištené médium a je zajišteno jejich navrácení do cisticího procesu.Rovnež je popsáno zarízení k provádení tohoto zpusobu.

Description

Způsob mokrého čištění plynů nebo vzduchu nebo par a zařízení k provádění tohoto způsobu

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 provádělo ní 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

Venturibo 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 od lehkých aerosolových částic a chemicky aktivních reagentů při velké spotřebě čisticího roztoku.

Dále je známo řešení dle patentu US 5 201 919, 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 1 212 517 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 $ 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 1 μ.

Konečně je známo řešení dle spisu WO 03/04 5524, 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, chemic50 kých látek a prachu. Nedostatkem tohoto způsobu propírání je složitá konstrukce skrubru, vysoký hydraulický odpor aparátu, vysoké provozní náklady spojené s nezbytným ohřevem teplonosnébo 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 čisticí tekutinou, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že čištěné médium je minimálně jedním vstupním hrdlem vháněno rychlostí 15 až 300 m/s do šikmo směrem vzhůru vedených a částečně zatopených kanálů, kde se čisticí kapalina vlivem dodané kinetické energie okamžitě rozprašuje na velké množství malých kapek a případně pěnu s velkým měrným povrchem, čímž ve vzniklé směsi čisticí kapaliny a čištěného média současně dochází k běžnému inertnímu, absorpčnímu a dífuznímu režimu oddělování nečistot obsažených v čištěném médiu, přičemž zachycené nečistoty se přitom shlukují, případně neutralizují pomocí aktivních přísad přidávaných do čisticí kapaliny, a vlivem působení gravitačních sil usazují ve spodní části skrubru, když rozprášené kapky čisticí kapaliny unášené spolu s proudem vyčištěného média jsou pak po výstupu z kanálů mechanicky zachytávány a sráženy zpět, čímž je ve značné míře zabráněno v jejich pronikání do výstupního hrdla skubru odvádějícího vyčištěné médium a je zajištěno jejich navrácení do čisticího procesu.

Dále je podstatou vynálezů, že aktivní přísady přidávané do čisticí kapaliny jsou v závislosti na druhu čištěného média vybrané ze skupin chemické absorbenty nebo smáčí vé a rozpouštědlové reagenty.

Také 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, řídicími a pojistnými armaturami, a související systém ovládacích a řídicích prvků, kde ve střední části vnitřního prostoru tělesaje umístěna minimálně jedna dvojice šikmo vzhůru vedených přepážek, vytvářejících kanály skloněné pod úhlem 30 až 60°, přičemž spodní přepážky jsou alespoň částečně ponořené v čisticí kapalině, takže kanály jsou touto čisticí 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 buď spodní přepážky a nebo spodní přepážky i horní přepážky kanálů obloukovitě zakřiveny, přičemž lamely jsou sklopného provedení.

Způsobem a konstrukcí zařízení podle vynálezu dosahuje vyššího účinku v tom, 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 5 pm, absorpce se zachy45 cením plynných příměsí a par kyselin povrchem kapek a pěny a difúze s vydělením částic prachu menších než 1 pm díky turbulenci proudu plynu a vytvoření malých vírů. Další výhodou předkládaného řešení je velmi malá spotřeba čisticí kapaliny, která se opakovaně vrací k využití v čisticím procesu.

Popis obrázků na připojených výkresech

Konkrétní příklady provedení zařízení podle vynálezu jsou schématicky znázorněny na připojených vý kresech, kde

-2CZ Z99649 B6 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 Na^PCU v různých kon20 centracích, obr. 8b je grafické znázornění zůstatkové koncentrace 2 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.

Příklady provedení vynálezu

Základem zařízení pro mokré čištění médií,podle vynálezu je skrubr, jehož těleso i podle obr. 1 a 2 obsahuje vstupní hrdlo JJ. pro přívod znečištěného média, výstupní hrdlo 12 pro odvod vyčištěného média, plovákovou komoru J3 s regulátorem 14 výšky hladiny čisticí kapaliny 2 a výpustní otvory 15, umístěné v zásobníku 16 situovaném ve spodní části tělesa I 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 až 60°, přičemž spodní přepážky 3 jsou alespoň částečně ponořené v čisticí kapalině 2, takže kanály 5 jsou touto čisticí 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 J 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 čisticí kapaliny 2 před jejich proniknutím do výstupního hrdla J2 společně s vyčištěným médiem.

Zařízení je pak vybaveno neznázoměnými potrubními systémy, ovládacími, řídicími a pojistnými armaturami a jeho nedílnou součástí je rovněž neznázoměný systém ovládacích a řídicích prvků a jejich příslušenství včetně ovládacího pultu obsluhy.

V alternativním provedení zařízení podle obr. 3 a 4 jsou do tělesa! instalovány bočně dvě vstup50 ní hrdla JJ. a přepážky 3, 4 jsou vytvořeny symetricky zrcadlově směrem od sebe. V horní části tělesa J jsou pak vytvořena tri výstupní hrdla J2 vyvedená do jednoho odtahového potrubí 7. Na obr. 5 až 7 je znázorněna další možná varianta konstrukce zařízení s bočně zaústěným vstup, ním hrdlem JJ., přepážkami 3, 4 vytvořenými šikmo vzhůru různými směry a dvěma řadami lamel 6 situovaných vzájemně kolmo.

-3CZ 299649 B6

Při čisticím procesu je čištěné médium vháněno vysokou rychlostí, která se v závislosti na druhu média a jeho objemu pohybuje v rozmezí hodnot 15 až 300 m/s, jedním nebo více vstupními hrdly 11 do částečně zatopených kanálů 5, vykazujících v závislosti na rychlosti média a výšce hladiny kapaliny 2 hydraulický odpor ΔΡ o velikosti 1,0 až 10 kPa.

Díky účinkům třecích sil mezi čištěným médiem a čisticí kapalinou s sebou proud média unáší horní vrstvu kapaliny 2 do kanálů 5 tvořených přepážkami 3, 4. V kanálech 5 se čisticí kapalina vlivem dodané kinetické energie okamžitě rozprašuje na velké množství malých kapek a pěnu s velkým měrným povrchem, 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, čisticí kapalina 2 během procesu neustále cirkuluje okolo přepážek 3, 4, přičemž zde dochází zároveň k běžnému inertnímu, absorpčnímu a difúznímu zachycování nečistot obsažených v médiu. Zachycené látky se přitom shlukují, případně neutralizují pomocí aktivních přísad přidávaných do čisticí kapaliny, a vlivem působení gravitačních sil se usazují v zásobníku 16, odkud jsou pravidelně odčerpávány. Rozprášené kapky čisticí 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 čisticí kapaliny 2, která je přibližně 5 až 20 g/m³ čištěného plynu nebo 0,5 až 5 m³/hod v zařízeních s výkonem 10 až 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/1 a neměnném hydraulickém odporu agregátu pohybujícím se v rozmezí hodnot 1,5 až 2 kPa bylo dosaženo nárůstu efektivity čisticího procesu 3 až 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/1, 15 g/1 a 22,5 g/1.

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. m/hod použitého pro čištění exhalací parního kotle na černé uhlí od popele. Původní obsah prachu byl 12,29 až 5,80 g/m³ a hydraulický odpor aparátu 1,4 kPa. Popel byl odstraněn z 99% a zbytková hodnota činila 0,160 až 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 až 3 m/s bylý zachytávány kapky větší než 5 pm. Hydraulický odpor systému zachytávajícího kapky nepřesahoval 10 Pa. Dosažené výsledkyjsou 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 až 6,35 g/m³ a hydraulický odpor zařízení 1,3 až 1,75 kPa. Během čisticího procesu se odstranilo 93 až 98% prachu a 78 až 94% fluorovodíku. Výsledky jsou opět zahrnuty do srovnávací tabulky dle obr. 9.

-4CZ 299649 B6

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 ío 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 (5)

1. 20 1. Způsob mokrého čištění plynů nebo vzduchu nebo par ve skrubrech, jejichž vnitřní prostor tělesa je částečně zaplněn čisticí tekutinou, vyznačující se tím, že čištěné médium je minimálně jedním vstupním hrdlem vháněno rychlostí 15 až 300 m/s do šikmo směrem vzhůru vedených a částečně zatopených kanálů, kde se čisticí kapalina vlivem dodané kinetické energie okamžitě rozprašuje na velké množství malých kapek a případně pěnu s velkým měrným povr25 chem, čímž ve vzniklé směsi čisticí kapaliny a čištěného média současně dochází k běžnému inertnímu, absorpčnímu a difuznímu režimu oddělování nečistot obsažených v čištěném médiu, přičemž zachycené nečistoty se přitom shlukují, případně neutralizují pomocí aktivních přísad přidávaných do čisticí kapaliny, a vlivem působení gravitačních sil usazují ve spodní části skrubru, když rozprášené kapky čisticí_ kapaliny__unášené2spolu s. proudem vyčištěného média jsou pak ,

   30 po výstupu z kanálů mechanicky zachytávány a sráženy zpět, čímž je ve značné míře zabráněno v jejich pronikání do výstupního hrdla skubru odvádějícího vyčištěné médium a je zajištěno jejich navrácení do čisticího procesu.
2. 2. Způsob mokrého čištění podle nároku 1, vyznačující se tím, že aktivní přísady

   35 přidávané do čisticí kapaliny jsou v závislosti na druhu čištěného média vybrané ze skupin chemické absorbenty nebo smáčivé a rozpouštědlové reagenty.
3. 3. Zařízení pro mokré čištění plynů nebo vzduchu nebo par tvořené skrubrem, jehož těleso (l) obsahuje minimálně jedno vstupní hrdlo (11) pro přívod znečištěného média, alespoň jedno

   40 výstupní hrdlo (12) pro odvod vyčištěného média, potrubní systémy vybavené ovládacími, řídicími a pojistnými armaturami, a související systém ovládacích a řídicích 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 až 60°, přičemž spodní přepážky (3) jsou alespoň částečně ponořené v čisticí kapalině (2), takže

   45 kanály (5) jsou touto čisticí 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).
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že buď spodní přepážky (3) a nebo

   50 spodní přepážky (3) i horní přepážky (4) kanálů (5) jsou obloukovitč zakřiveny,
5. 5. Zařízení podle některého z nároků 3 a 4, vyznačující se t í m , že lamely (6) jsou sklopného provedení.