RU1768248C - Способ очистки запыленных газовых потоков - Google Patents

Description

1

(21)4807349/26 (22) 26.03.90 (46)15.10.92. Бюл. №38

(71)Криворожский горнорудный институт

(72)А. И. Бажал и А В. Безвершенко (56) Авторское свидетельство СССР № 741917, кл В 01 D 51/08, 1980.

Авторское свидетельство СССР Me 957941, кл. В 01 D 51/08, В 03 С 3/00, 1982.

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ЗАПЫЛЕННЫХ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ

(57) Использование: металлургическа , горнодобывающа , строительна , химическа  и другие отрасли промышленности Сущность изобретени : через очищаемый объем газа по всему сечению объема пропускают ударные волны сжати  или раст жени , или те и другие одновременно, но с суммарным вектором скорости частиц в волне, направленным через очищаемый объем в сторону поверхности осаждени , на которой вс  энерги  волн полностью поглощаетс . 2 з.п ф-лы, 6 ил

Изобретение относитс  к технике очистки газов от пыли и может быть использовано в металлургической, горнодобывающей, строительной, химической и других отрасл х промышленности.

Известен способ, который реализуетс  устройством дл  ультразвуковой обработки потока запыленного газа, где волновое воздействие на запыленный поток осуществл ют путем передачи ультразвуковых волн от вибрирующей трубы на коаксиальные конические трубы и далее на запыленный газовой поток, протекающий по внутренней трубе.

Недостатком способа  вл етс  передача волн от вибрирующей трубы через две промежуточные трубы в радиальном направлении в сторону газового потока, что приводит к неоправданно большим потер м энергии волн. К тому же осевые колебани  трубы передать в радиальном направлении практически невозможно. Кроме того, речь идет о гармонических ультразвуковых волнах , которые могут способствовать коагул ции пыли, но не направленному осаждению твердых взвесей в газовой среде, что очень

важно при утилизации осажденных газовых взвесей.

Известен способ очистки газов от пыли в котором к газу подвод т осевые акустические колебани , а с целью повышени  эффективности очистки газа а поле электростатического фильтра эти колебани  по разные сторсны осадительной ппчерхно- сти сдвигают по фазе на 120° -140° Причем частоту акустических колебаний устанавливают равной одной из резонансных частот колебаний осадительной поверхности Этот способ прин т за прототип.

Недостатком способа  вл етс  применение гармонических колебаний, при которых во взаимопротивоположных направлени х происходит симметричное смещение осажденных частиц относительно начального положени , а не направленное ее перемещение в сторону поверхности осаждени , что  вл етс  необходимым условием дл  осахдени  взвесей

Кроме того, волны, упавшие на поверхность осажденич, будут отражатьс  с вектором волнового движени , направли:ным в сторону от поверхности, т. е. они будут поднимать от поверхности частицы, уже осажсл

С

VI о

00

ю

4 00

денные на ней с помощью электрического пол .

В известном решении скорость волнового движени  направлена вдоль оси трубопровода , а осаждение предполагаетс  осуществл ть в радиальном направлении, что очень сложно.

Наложение смещенных по фазе акустических волн на посто нное электрическое поле не измен ет присущие способу принципиальные недостатки, т. к. вектор скорости частиц волнового движени  осевой направленности не измен ет симметричные смещени  твердых частиц относительно начального положени . Час- тота же оговоренна  формулой изобретени  обосновываетс  только заданным временем осаждени  при заданной скорости потока . Сама по себе она природу процесса осаждени  не измен ет.

Цель изобретени  - повышение эффективности очистки газа осаждением взвесей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе осаждени  взвесей в газах закрытых и открытых объемов, при наличии и от- сутствии движени  газа, включающий наложение на газовый объем со взвес ми колебательных движений в очищаемом объеме газа создают сплошные волновые пол  с вектором скорости волнового движени  направленным от излучател  к поверхности осаждени  с частотой

Vn

f

VB Т sin a

где Vn - скорость газового потока со взвес ми , м/с;

VB - скорость частиц в волне, м/с;

Т - период следовани  волн, с; а - угол воздействи  ударных волн на запыленный газовый поток, градус, направленный под углом 45° а 110° к направлению вектора скорости движени  потока,

Дальнейшее повышение эффективности процесса осаждени  достигаетс  тем, что сплошные волновые пол  создают путем пропускани  через очищаемый объем газа по всему объему, ударных волн сжати  или раст жени  или те и другие одновременно, причем сплошные волновые пол  замкнутой по периметру структуры (в частности кольцевой ) создают путем ускорени  газовых струй с направлением вектора скорости движени  под углом к оси потока газа со взвес ми до скорости, превышающую ско- рость звука, затем осуществл ют торможение сверхзвукового потока пр мым скачком уплотнени , представл ющим собой ударную волну с вектором скорости частиц, сов5

0 5 0

5 0

5

0

5 0 5

падающим по направлению с направлением вектора скорости газовых струй, генерирующих ударные волны, направленными в сторону поверхности или емкости осаждени  взвесей, причем сверхзвуковое истечение газовых струй обеспечивают из сплошного по периметру воздуховода сопла или набора большого количества сопел, равномерно расположенных между собой по периметру на рассто нии

, D b 2 а где D - внутренний диаметр воздуховода, м;

а - скорость продольной волны в газовой среде со взвес ми, м/с;

b - скорость поперечной волны в газовой среде со взвес ми, м/с.

Сплошные волновые пол  обеспечивают излучатели генератора волн, расположенные напротив поверхности осаждени , причем излучатели закрепл ют друг от друга на рассто нии, определ емом по формуле

I-L a

где L - рассто ние от излучател  волн до поверхности осаждени , м.

Процесс осаждени  твердых взвесей в газах по за вленному способу осуществл ют следующим образом. К закрытому или открытому объему газов со взвес ми, который находитс  в неподвижном состо нии или движетс  с заданной скоростью, от генераторов волн, расположенных по контуру очищаемого неподвижного объема газа или по периметру поперечного сечени  газа, движущегос  в трубопроводе, подвод т волны сжати  или раст жени  или те и другие одновременно, но с соблюдением следующих условий:

-суммарный вектор скорости частиц в волне направлен от генераторов волн к поверхности осаждени  твердых взвесей;

-на поверхности осаждени  твердых взвесей создают услови  полного поглощени  энергии волны, т. е выполн ют ее акустически м гкой ;

-по отношению к вектору скорости очищаемого потока газа, вектор скорости частиц волнового движени  направл ют под углом 45° а 110°. Причем, если скорость потока небольша  и меньше по величине скорости волнового движени , то вектор скорости волнового движени  направл ют под углом 45° а. 90° по отношению к вектору скорости очищаемого потока. Если скорость потока превышает по величине скорость волнового движени , то вектор

скорости волнового движени  направл ют под углом 90° « 110°;

-источники волн располагают по контуру поперечного сечени  очищаемого объема таким образом, чтобы суммарное волновое поле охватывало за одно прохождение все поперечное сечение упом нутого объема;

-частоту следовани  волн выбирают из услови , чтобы за врем  прохождени  очищаемым потоком расчетного участка длины осаждени , частицы взвесей, наход щиес 

на максимальном рассто нии от поверхности осаждени  могли успеть, двига сь поперек потока, достигнуть поверхности осаждени .

Источником волн, создающим в запыленном потоке волновое поле, удовлетвор ющее всем услови м, оговоренным в за вл емом способе, может быть, например , источник ударных волн, создаваемых переходом сверхзвукового течени  небольших объемов газа в дозвуковое. Дл  получени  пол  таких волн используют истечение газа через сужающее отверстие, а затем расшир ющиес  сопла (сопла Лавал ). При диаметре критического (наименьшего) сечени  2-3 мм сверхзвуковое истечение газа достигает в таких соплах при перепаде давлени  0,2 МПа.

За соплом сверхзвуковой поток в дозву- ковой перевод т пр мым скачком уплотнени . Такой скачок уплотнени  и  вл етс  ударной волной с вектором скорости частиц волнового движени , направленным в сторону начальной скорости потока, генериру- ющего ударную волну.

Таким образом воздушный пото гене- рирующий ударную волну дл  осаждени  взвесей, должен иметь вектор скорости, направленный от излучател  в сторону повер- хности осаждени  под углом к вектору скорости очищаемого потока.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее способ, которое содержит трубопровод 1, по которому со скоростью Vn перемещаютс  запыленные газовые потоки . Генератор волн 2 генерирует ударные волны со скоростью частиц в волне VB, которые с помощью сопле излучателей 3, направл ютс  под углом а на запыленный поток, в результате чего возникает суммарный вектор скорости частиц, направленный в сторону приемника осаждени  взвесей 4, который снабжен отсасывающим патрубком 5.

При этом поверхность осаждени  приемника 4 армирована материалом, полностью поглощающим энергию волны, и

расположена на горизонтальной оси симметрии трубопровода.

На фиг. 2 представлено устройство реализующее способ при расположении излучателей генератора волн напротив поверхности осаждени  взвесей, которое содержит трубопровод 1, по которому со скоростью Vn перемещаетс  запыленный газовый поток, генератор волн 2 генерирующий волны сжати  или раст жени , или те и другие, но с суммарным вектором скорости частиц Vp, направленным в сторону поверхности осаждени ; с помощью излучателей 3, воздействуют под углом 110° на запыленный поток, в результате чего возникает суммарный вектор скорости Vp, направленный в сторону приемника осаждени  взвесей 4, поверхность которого армирована материалом 5, полностью поглощающим энергию волны.

Осажденные взвеси отсасываютс  патрубком 6 с последующей утилизацией.

На фиг, 3 представлено устройство генератора волну реализующее способ, который содержит патрубок 1 дл  подвода сжатого воздуха, обратный клапан 2 с пружиной 3, корпус генератора 4, соде ржащий сужающую камеру 5, с минимальным сечением отверсти  6, специально спрофилированное расшир ющеес  сопло - излучатель 7.

Генератор волн работает следующим образом. Сжатый воздух, используемый дл  созданием волн, под расчетным давлением поступает через патрубок 1 и обратный клапан 2 в корпус генератора 4, где он е начале ускор етс  сужающимс  участком камеры 5, до скорости истечени  равной скорости звука в сечении 6. Далее, в специально спрофи- лированном расшир ющемс  сопле излучател  7 (сопло Лавал ), воздух ускор етс  до скорости, превышающей скорость звука,и на выходе из сопла излучател  скорость истечени  достигаетс  2-х, 3 х звуковых скоростей. За соплом-излучателем 7 происходит переход сверхзвукового течени  воздуха в новое дозвуковое течение.

Этот переход осуществл етс  скачком давлени  порождающим ударную волну 8 с вектором скорости волнового движенца совпадающим с направлением вею ера скорости истечени  газа из сопла-излучател .

Давление в такой ударной волне достигает МПа. Волновое давление от одной и той же волны на запыленный газ будет избирательным, т. е. будет различным относительно твердых взвесей и самого газа, что объ сн етс  различной акустический жесткостью компонентов запыленный газов.

Р р а V,

где Р - волновое давление, Па;

р - плотность частичек твердых взвесей в запыленном газе, кг/м ;

а - скорость волны в частичке взвеси, м/с;

V - скорость волнового движени , м/с.

Например, дл  воздуха/э-а кг/(мс2): дл  частичек воды р-а 0,15 кг/(мс)2, дл  частичек твердых взвесей 4,1 кг/(мс) ,

т. е. при одинаковых размерах различных взвесей в запыленном потоке, силы действующие на частички из различных материалов в одной и той же волне, отличаютс  на несколько пор дков, благодар  этому и будет происходить движение запыленных частиц относительно газа (воздуха) к поверхности осаждени . За одно происхождение волны частички смещаютс  на вели- чину от дес тых долей миллиметра до 4 - 10 миллиметров (в зависимости от давлени  в волне) в направлении поверхности осаждени .

Чтобы обеспечить осаждение частиц из запыленного газового потока, на заданном участке, необходимо волновые импульсы подавать с расчетной частотой, определенной из зависимости, приведенной в формуле изобретени .

Выбор основных параметров дл  реализации предложенного решени .

1, Пределы изменени  угла а воздействи  ударных волн на запыленный поток.

Вектор волновой скорости VB должен быть направлен в сторону вектора скорости запыленного потока Vn под таким углом а, чтобы суммарный результирующий вектор Vp перемещал осаждаемые частицы в сторону поверхности осаждени  (ПО) по кратчай- шему пути.

При равенстве векторов VB Vn определим изменение Vp в сторону поверхности осаждени  (ПО) в зависимости от угла а фиг. 4.

Как видно из фиг. 4 кратчайший путь осаждаемых частиц в сторону поверхности осаждени  (ПО) (характеризуетс  вектором Vp) будет при углах 45° « 110°.

При увеличении угла аболыие 110°уве- личиваетс  путь осаждаемых частиц в зону осаждени , что снижает веро тность ее отсоса .

При о 25; а. 20 и т. д. результирующий вектор как бы поворачиваетс  навстре- чу Vn, что будет способствовать завихрению и выбросу частиц из зоны отсоса.

Поэтому оптимальным  вл етс  зона 45° а 110°.

2. Выбор оптимальных частот генератора волн.

ПО данным ЦЛАМ завода Криворож- сталь скорость запыленных потоков в трубопроводах достигает пор дка 10-20 м/с.

Скорость волнового движени  VB находитс  в пределах 10 - 100 м/с. Период следовани  ударных волн Т пор дка 10-2 с.

Использу  зависимость

f Уд

VB -Т sin a

определим частоту волновых импульсов в зависимости от соотношений Vn и VB (таблица ).

Графические построени  соотношений векторов Vn, VB под различными углами а приведены на фиг. 5.

Максимальной крутизны результирующий вектор Vp достигает при соотношени х

1 1 Vn/VB пор дка однако необходимо

помните об энергетической стороне. При этом, если угол а 45°, который вошел в

Vn

зону оптимальности углов, уже при -гг- -

1

VB 21

наблюдаетс  разворот результирующего вектора навстречу Vn, что вызывает выброс частиц из зоны отсоса, Исход  из этого можно прин ть оптимальным соотношением Vn Л 1ч

г/- ( Y т I a следовательно, диапазон

J в

частот генератора волн f (25 - 200) Гц.

Дл  эффективной очистки запыленного газового потока необходимо создание непрерывного волнового пол  по периметру воздуховода перекрывающего все проход- .ное его сечение. Это осуществл етс  путем расположени  излучателей генераторов силовых волн по периметру на рассто нии I, которое можно определить, зна  скорость распространени  поперечной волн0| о длительность единичной ударной волны t, т, е.

l b t.

Графически это можно представить следующим образом (фиг. 6). Из точки А источника излучени  ударной волны, лежащей на окружности трубопровода проводим пр мую К до пересечени  с осью трубопровода под углом а (-45° - 110°) в зависимости от соотношени  скоростей Vn и VB (смотри выше ). В точке пересечени  0 строим вектор скорости распространени  поперечной волны Ь, перпендикул рной пр мой АО

С конца вектора b проводим пр мую К1, параллельную К, до пересечени  с окружностью -точка В. Получаем место расположени  излучени  второго источника ударной волны. Соедин ем точку В, лежащую на окружности трубопровода с точкой О. Из точки

О проводим вектор D2 перпендикул рный пр мой 0В, С конца вектора Ь2 проводим пр мую К2, параллельную К1, до пересечени  с окружностью трубопровода (точка С). Таким образом находим точку излучател  третьего источника силовых волн и т. д. 1

Зна , что b 77- а, а длительность силовой волны t 0,001 с, можно найти рассто ние , на котором необходимо разместить источники волн, чтобы создать непрерывное по сечению трубопровода волновое поле .

1 150-Ю 3 0,15м.

Источники нужно расположить равно- мерно по окружности на рассто нии 15 см друг от друга.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1, Способ очистки запыленных газовых потоков, включающий осаждение взвесей путем наложени  на газовый объем со взвес ми колебательных движений, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности очистки газа осаждением взвесей, в очищаемом объеме газа создают сплошные волновые пол  с,вектором скорости волнового движени , направленным от излучател  к поверхности осаждени  с частотой

   f fn/VBTsina,

   где Vn - скорость газового потока со взвес ми , м/с;

   VB - скорость частиц в волне, м/с;

   Т - период следовани  волны, с; а- угол воздействи  ударных волн на запыленный поток, направленный под углом 45° а. 110° к направлению вектора скорости движени  потока.
2. 2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что сплошные волновые пол  создают путем пропускани  через очищаемый объем газа по всему объему ударных волн сжати  или те и другие одновременно, причем сплошные волновые пол  замкнутой по периметру структуры, в частности кольцевой, создают путем ускорени  газовых струй с направлением вектора скорости движени  под углом к оси потока со взвес ми до скорости , превышающей скорость звука, затем осуществл ют торможение сверхзвукового потока пр мым скачком уплотнени , представл ющим собой ударную волну с вектором скорости частиц, совпадающим по направлению с направлением вектора скорости газовых струй, генерирующих ударные волны, направленные в сторону поверхности или емкости осаждени  взвесей , причем сверхзвуковое истечение газовых струй обеспечивают из сплошного по периметру воздуховода сопла или набора большого количества сопл, расположенных равномерно между.собой по периметру на рассто нии

   l (D/2)(b/a),

   где D - внутренний диаметр воздуховода, м;

   а - скорость продольной волны в газовой среде со взвес ми, м/с;

   b - скорость поперечной волны в газовой среде со взвес ми, м/с.

   3,Способ поп. 1,отличающийс  тем, что сплошные волновые пол  обеспечивают излучатели генератора волн, расположенные напротив поверхности осаждени , причем излучатели закрепл ют друг от друга на рассто нии, определ емом по формуле

   I L b/а, где L - рассто ние от излучател  волн до поверхности осажден л , м.

   N

   I

   -м

   t

   $ N5

   4

   %

   I

   PL

   §

   -j

   O)

   oo

   Ю

   i. oo

   6

   Редактор В. Фельдман

   Составитель А. Безвершенко

   Техред М.МоргенталКорректор Н. Кешел 

   go

   Фиг. 6