RU2123375C1

RU2123375C1 - Heat-and-mass exchange unit

Info

Publication number: RU2123375C1
Application number: RU97105748A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Островский; Г.М. Заборцев
Original assignee: Новосибирский государственный проектно-изыскательский институт "ВНИПИЭТ"
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 1998-12-20

Abstract

FIELD: equipment for cleaning process and vent gases from solid particles of aerosols and gaseous contaminants, may be used in any branch of industry for cleaning and cooling high-temperature dust-laden gases and entrapping acid gases and aerosols. SUBSTANCE: heat-and-mass exchange unit has cylindrical housing 1 with coaxial gas conduit 2 positioned within housing 1 and defining, together with nozzle 3, hollow scrubber where gases are abruptly cooled and aerosol solid particles are entrapped. Gas conduit 2 and jet former provided with annular chamber 4 define foam-and-jet scrubber free of nozzles and adapted for further cooling of gases and removal of gaseous contaminating substances. The unit is further provided with water pumps provided with filters 5 and 6, central tank 7 and annular tank 8, gas supply branch pipe 9 and gas discharge branch pipe 10, spraying liquid discharge branch pipes 11 and 12, drop catcher 13, skirt 14 and refrigerator 15. Such construction allows dust-laden gas cleaning and cooling capacity of unit to be increased by 10-15%. EFFECT: increased efficiency, reduced metal usage by combining two cleaning stages in single housing. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике очистки технологических и вентиляционных газов от твердых частиц аэрозолей и газообразных примесей и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где имеется необходимость очистки и охлаждения высокотемпературных газов, раздельного улавливания газов и твердых частиц аэрозолей. The invention relates to techniques for cleaning process and ventilation gases from solid particles of aerosols and gaseous impurities and can be used in any industry where there is a need to clean and cool high-temperature gases, separate trapping of gases and solid particles of aerosols.

Известен пенно-струйный аппарат, содержащий вертикальный корпус, системы раздачи орошающей жидкости с соплами, бак с орошающей жидкостью, каплеуловитель (Установка со струйно-пенным аппаратом УСПА. Информационный листок о научно-техническом достижении N90-1447.-М.: ВИМИ, 1990). Known foam-jet apparatus containing a vertical housing, distribution systems of irrigation liquid with nozzles, a tank with irrigation liquid, drip catcher (Installation with jet-foam apparatus USPA. Information leaflet on scientific and technological achievement N90-1447.-M .: VIMI, 1990 )

Недостатком данного аппарата является интенсивный разогрев бака из-за контакта высокотемпературных газов со стенками бака и связанное с этим образование твердых отложений на стенках бака, невозможность раздельного улавливания газов и твердых частиц аэрозолей. The disadvantage of this apparatus is the intense heating of the tank due to the contact of high-temperature gases with the walls of the tank and the associated formation of solid deposits on the walls of the tank, the impossibility of separate capture of gases and solid particles of aerosols.

Наиболее близким по конструкции является аппарат, содержащий корпус, расположенный коаксиально с ним газоход, баки с орошающими жидкостями, струеобразователь, патрубки ввода и вывода газов и систему орошения (FR 2247272, 1975 г.)
Однако этот аппарат не обеспечивает высокой степени очистки и охлаждения запыленных высокотемпературных газов, поскольку используемый низконапорный осевой вентилятор не обеспечивает образования пенного слоя. Стабильная работа данного аппарата невозможна, так как в верхней части корпуса аппарата установлены каплеотбойные решетки, которые при очистке запыленных высокотемпературных газов зарастают отложениями уловленной пыли. Аппарат имеет повышенную материалоемкость, так как баки струйного скруббера расположены вне единого корпуса аппарата.The closest in design is the apparatus containing the housing, located coaxially with the gas duct, tanks with irrigation fluids, a jet former, gas inlet and outlet pipes and an irrigation system (FR 2247272, 1975)
However, this apparatus does not provide a high degree of purification and cooling of dusty high-temperature gases, since the low-pressure axial fan used does not provide the formation of a foam layer. Stable operation of this apparatus is not possible, since drop-off grilles are installed in the upper part of the apparatus body, which, when cleaning dusty high-temperature gases, are overgrown with deposits of trapped dust. The device has an increased material consumption, since the tanks of the inkjet scrubber are located outside a single device body.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение степени очистки и охлаждения высокотемпературных запыленных газов и снижение материалоемкости. The technical result of the claimed invention is to increase the degree of purification and cooling of high-temperature dusty gases and reduce material consumption.

Сущность изобретения
Технический результат достигается тем, что струеобразователь имеет кольцевую камеру, цилиндрические газоход и корпус аппарата образуют вместе со струеобразователем пенно-струйный безнасадочный скруббер, а нижняя часть газохода имеет юбку из двух встречных конических обечаек, расположенную выше уровня жидкости в баках; каналы кольцевой камеры струеобразователя направлены в центр аппарата; патрубок ввода очищаемого газа имеет чечевицеобразную форму, образованную соединением двух частей обечаек большего диаметра; баки с орошающими жидкостями расположены коаксиально, и в кольцевом баке установлен холодильник.SUMMARY OF THE INVENTION
The technical result is achieved by the fact that the jet former has an annular chamber, the cylindrical gas duct and the apparatus body together with the jet former form a foam-jet non-nozzle scrubber, and the lower part of the duct has a skirt of two conical conical shells located above the liquid level in the tanks; the channels of the annular chamber of the jet former are directed to the center of the apparatus; the nozzle for introducing the gas to be purified has a lenticular shape formed by connecting two parts of the shells of a larger diameter; tanks with irrigation fluids are coaxial and a refrigerator is installed in the annular tank.

Техническое решение соответствует критериям промышленной применимости, новизны и изобретательского уровня. The technical solution meets the criteria of industrial applicability, novelty and inventive step.

На фиг. 1 показан общий вид тепломассообменного аппарата; на фиг. 2 показан разрез аппарата по горизонтали на высоте кольцевой камеры; на фиг. 3 - разрез аппарата по горизонтали на высоте патрубка подачи очищаемых газов; на фиг. 4 - разрез баков по горизонтали. In FIG. 1 shows a general view of a heat and mass transfer apparatus; in FIG. 2 shows a horizontal section of the apparatus at the height of the annular chamber; in FIG. 3 - section of the apparatus horizontally at the height of the nozzle for supplying purified gases; in FIG. 4 - horizontal section of the tanks.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Тепломассообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого коаксиально расположен газоход 2, образующий с форсункой 3 полый скруббер, а со струеобразователем с кольцевой камерой 4 - пенно-струйный безнасадочный скруббер, водяных насосов с фильтрами 5 и 6, центрального 7 и кольцевого 8 баков, расположенных коаксиально, патрубков ввода 9 и вывода 10 газов, патрубков слива орошающей жидкости 11 и 12, каплеуловителя 13, юбки 14 и холодильника 15.Information confirming the possibility of carrying out the invention
The heat and mass transfer apparatus consists of a cylindrical body 1, inside of which a gas duct 2 is coaxially located, forming a hollow scrubber with nozzle 3, and a foam-jet non-nozzle scrubber with a jet former with an annular chamber 4, water pumps with filters 5 and 6, a central 7 and an annular 8 tanks located coaxially, the nozzles of the input 9 and the output of 10 gases, nozzles for draining the irrigation liquid 11 and 12, drop catcher 13, skirts 14 and refrigerator 15.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом. Heat and mass transfer apparatus operates as follows.

Очищаемые высокотемпературные газы, содержащие твердые и газообразные загрязняющие вещества, через патрубок 9 тангенциально подают в газоход 2, где их орошают форсункой 3. В газоходе 2 происходит интенсивное испарение орошающей жидкости (например, воды) и за счет этого резкое охлаждение газов. Содержащиеся в газах твердые частицы аэрозоля ударяются об омываемую орошающей жидкостью поверхность газохода, улавливаются и стекают с ней в центральный бак 7. The cleaned high-temperature gases containing solid and gaseous pollutants through the pipe 9 are tangentially fed into the gas duct 2, where they are irrigated by the nozzle 3. In the gas duct 2, intensive evaporation of the irrigating liquid (for example, water) occurs and, as a result, the gases cool rapidly. Solid aerosol particles contained in the gases hit the surface of the duct being washed by the irrigating liquid, are trapped and flow with it into the central tank 7.

Очистка газов от твердых частиц аэрозоля осуществляется и каплями распыленной жидкости. Орошающую жидкость от центрального бака 7 фильтруют и насосом 5 вновь подают в форсунку 3. The cleaning of gases from solid aerosol particles is carried out by drops of atomized liquid. The irrigation fluid from the central tank 7 is filtered and pump 5 is again fed into the nozzle 3.

Для предотвращения попадания орошающей жидкости полого скруббера в кольцевой бак 8, а орошающей жидкости пенно-струйного безнасадочного скруббера - в центральный бак 7 газоход 2 в нижней части имеет юбку 14 из двух встречных обечаек, расположенную выше уровней жидкости в баках. To prevent the irrigation fluid of the hollow scrubber from entering the annular tank 8, and the irrigation fluid of the foam-jet non-nozzle scrubber into the central tank 7, the gas duct 2 in the lower part has a skirt 14 of two oncoming shells located above the liquid levels in the tanks.

Нерастворимая часть твердых частиц аэрозоля оседает на дно центрального бака 7 и образует шлам, который по мере необходимости удаляют на переработку или захоронение. The insoluble part of the aerosol solid particles settles to the bottom of the central tank 7 and forms a slurry, which is removed as necessary for processing or disposal.

Очищенные от твердых частиц аэрозоля и насыщенные парами воды газы из полого скруббера поступают в зазор, образованный цилиндрическими корпусом 1 и газоходом 2, в котором струеобразователь с кольцевой камерой 4 создает струйную решетку орошающей жидкостью (например, водным раствором щелочи), подхватываемой очищаемыми газами с образованием высокотурбулизированного пенного слоя, где происходит дальнейшее охлаждение газов и их очистка от газообразных загрязняющих веществ. Контакт пенного слоя с внешней стенкой газохода 2 позволяет увеличивать охлаждение газа в полом скруббере. The gases cleaned from solid aerosol particles and saturated with water vapor from the hollow scrubber enter the gap formed by the cylindrical body 1 and the gas duct 2, in which the jet former with the annular chamber 4 creates the jet grate with an irrigation liquid (for example, an aqueous solution of alkali) picked up by the gases to be purified to form highly turbulent foam layer, where there is a further cooling of gases and their purification from gaseous pollutants. The contact of the foam layer with the outer wall of the duct 2 allows to increase the cooling of the gas in the hollow scrubber.

Жидкость в кольцевом баке 8 охлаждается холодильником 15, ее температура ниже, чем у орошающей жидкости в центральном баке 7, и, поэтому, в пенном слое струйного скруббера происходит интенсивная конденсация паров воды, генерируемых за счет испарения воды в полом скруббере, на твердых частицах аэрозолей и благодаря этому их укрупнение, что резко повышает степень очистки газов от твердых частиц аэрозолей. Таким образом, в тепломассообменном аппарате происходит интенсивное охлаждение и очистка газов, а также раздельное улавливание твердых и газообразных загрязняющих веществ. The liquid in the annular tank 8 is cooled by the refrigerator 15, its temperature is lower than that of the irrigation liquid in the central tank 7, and therefore, in the foam layer of the jet scrubber there is an intensive condensation of water vapor generated by evaporation of water in a hollow scrubber on solid aerosol particles and due to this, their enlargement, which sharply increases the degree of gas purification from solid aerosol particles. Thus, in the heat and mass transfer apparatus there is intensive cooling and purification of gases, as well as separate collection of solid and gaseous pollutants.

Благодаря кольцевому исполнению зоны пенного слоя и тому, что каналы кольцевой камеры струеобразователя направлены в центр струйного скруббера, а при таком расположении длина всех струй орошающей жидкости одинакова, повышается стабильность пенного слоя. Due to the annular execution of the zone of the foam layer and the fact that the channels of the annular chamber of the jet former are directed to the center of the jet scrubber, and with this arrangement, the length of all the jets of the irrigating liquid is the same, the stability of the foam layer increases.

Выше пенного слоя цилиндрический корпус аппарата 1 имеет расширение с образованием полости, где происходит падение скорости газов и сепарация каплеуловителем 13 капель жидкости, унесенных из пенного слоя. Above the foam layer, the cylindrical body of the apparatus 1 has an expansion with the formation of a cavity where the gas velocity drops and the droplet separator separates 13 drops of liquid carried away from the foam layer.

Орошающая жидкость из пенного слоя обрушивается вниз и по стенкам стекает в кольцевой бак 8, откуда насосом 6 вновь подается в кольцевую камеру струеобразователя 4, а очищенные газы через патрубок вывода газов 10 вентилятором (не показан) выбрасывают в атмосферу. Для опорожнения центрального и кольцевого баков 7 и 8 удаления образующихся шламов используют патрубки слива 11 и 12. Irrigating liquid from the foam layer falls down and flows down the walls into the annular tank 8, from where it is again pumped into the annular chamber of the jet former 4 with the pump 6, and the purified gases are discharged into the atmosphere through the gas outlet 10 by a fan (not shown). To empty the central and annular tanks 7 and 8 to remove the resulting sludge, drain pipes 11 and 12 are used.

Техническим результатом предложенного аппарата по сравнению с прототипом является снижение материалоемкости, повышение степени очистки и охлаждения газов на 10-15%. The technical result of the proposed apparatus in comparison with the prototype is to reduce material consumption, increase the degree of purification and cooling of gases by 10-15%.

Пример. Определение эффективности работы тепломассообменного аппарата проводили на лабораторной установке производительностью 60 м³/час, выполненной в соответствии с формулой изобретения.Example. The determination of the efficiency of the heat and mass transfer apparatus was carried out in a laboratory installation with a capacity of 60 m ³ / h, made in accordance with the claims.

В лабораторную установку подавали отходящие газы процесса термического обезвреживания органических веществ. Газы имели температуру 250^oC и содержали 165 мг/м³ твердых частиц аэрозолей, 25 мг/м³ SO₂ и 24 мг/м³ NO_x. Температура орошающих жидкостей в центральном и кольцевом баках составляла 65 и 40^oC соответственно. В центральный бак первоначально была залита вода, а в кольцевой - 5%-ный раствор соды.Waste gases from the process of thermal neutralization of organic substances were supplied to the laboratory setup. The gases had a temperature of 250 ^° C. and contained 165 mg / m ^{3 of} solid aerosol particles, 25 mg / m ³ SO ₂ and 24 mg / m ³ NO _x . The temperature of the irrigation fluids in the central and annular tanks was 65 and 40 ^o C, respectively. Initially, water was poured into the central tank, and a 5% soda solution in the annular tank.

После 15 часов работы тепломассообменного аппарата в составе установки термического обезвреживания органических веществ в центральном баке накопилось 85% от первоначального количества пыли и 25% нитратов и сульфаты натрия, а в кольцевом - 15% пыли и до 75% нитратов и сульфатов натрия. Результаты анализа показали, что степень очистки газов от твердых частиц аэрозолей в тепломассообменном аппарате составляет 94,5%, а от оксидов серы и азота - 92 и 83% соответственно, что на 10-15% выше по сравнению с прототипом. Температура газов на выходе аппарата составляла 40-45^oC.After 15 hours of operation of the heat and mass transfer apparatus as part of the thermal neutralization of organic substances in the central tank, 85% of the initial amount of dust and 25% of sodium nitrates and sulfates accumulated, and in the ring tank - 15% of dust and up to 75% of sodium nitrates and sulfates. The analysis results showed that the degree of gas purification from solid aerosol particles in the heat and mass transfer apparatus is 94.5%, and from sulfur and nitrogen oxides - 92 and 83%, respectively, which is 10-15% higher compared to the prototype. The temperature of the gases at the outlet of the apparatus was 40-45 ^o C.

Claims

1. Heat and mass transfer apparatus for cleaning high-temperature dusty gases, comprising a housing located coaxially with the flue, tanks with irrigation fluids, a jet, nozzles for the input and output of gases and an irrigation system, characterized in that the jet has an annular chamber, a cylindrical gas duct and the apparatus body together with the jet-forming machine, a foam-free non-nozzle scrubber, and the lower part of the gas duct has a skirt of two counter conical shells located above the liquid level in the tanks.

2. The heat and mass transfer apparatus according to claim 1, characterized in that the channels of the annular chamber of the jet former are directed to the center of the apparatus.

3. The heat and mass transfer apparatus according to claim 1, characterized in that the nozzle for introducing the gas to be purified has a lenticular shape formed by connecting two parts of the shells of a larger diameter.

4. Heat and mass transfer apparatus according to claim 1, characterized in that the tanks with irrigating liquids are located coaxially and a refrigerator is installed in the annular tank.