RU2345819C1

RU2345819C1 - Acoustic scrubber

Info

Publication number: RU2345819C1
Application number: RU2007123335/15A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов (RU); Олег Савельевич Кочетов; Мари Владимировна Голубева (RU); Мария Владимировна Голубева; Лиди Владимировна Колаева (RU); Лидия Владимировна Колаева; Екатерина Олеговна Боброва (RU); Екатерина Олеговна Боброва; Елена Владимировна Духанина (RU); Елена Владимировна Духанина; Надежда Игоревна Горнушкина (RU); Надежда Игоревна Горнушкина; Дарь Олеговна Павлова (RU); Дарья Олеговна Павлова
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов; Мария Владимировна Голубева
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-02-10

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: gas scrubber contains the case consisting of the top and bottom sections, branch pipe feeding dusty gas, branch pipe discharging purified gas, liquid trap with centrifugal swirler and a branch pipe removing liquid from the said liquid trap, irrigating device, plates with the vibrator and stabiliser, atomiser for periodic irrigation and slime collector. Cells of the stabiliser are made square, while the stabiliser height he-to-cell width be lies in an optimum interval of h_c/b_c=1.5…1.8. Plates are made perforated with the ratio between of thickness of the plate h_P and the diameter of orifices d_O, lying in an optimum interval of h_P/d_O=0.5…1.5, or they are made slot-like with ratio between thickness of the plate h_P and the width of slots b_O lying in an optimum interval of h_P/b_O=0.8…1.5. The ratio between the height of case H and diameter D lies is in an optimum interval of H/D=4.0…6.5, while the ratio between the diameter of case D to the diameter liquid trap d₁ lies in an optimum interval of D/d₁=1.2…1.25, and ratio between the diameter of the case D to diameters of inlet and outlet branch pipes D₂ lies in an optimum interval of D/D₁=2.0…2.5. The irrigating device represents an acoustic atomiser for spraying liquids, and comprising the case with the generator of acoustic vibrations fitted therein and representing a combination of a nozzle and a resonator and a pipe for supply of the sawing agent and liquid. The case represents a glass with the bottom. The generator of acoustic vibrations is arranged inside the case and represents a hollow core with a wedge slot and a nozzle. The liquid is supplied to the circular gap formed between the resonator external surface and the nozzle internal surface, while the liquid supply channel is located tangentially to the glass internal surface and represents a rectangular slot. Air is forced through the union fitted in the case and the resonator orifice to get at least in one wedge slot arranged at the angle to the resonator axis. Note here that angle varies from 30° to 60°. A helical guide device is arranged in the circular gap between the glass internal surface and the resonator external surface to facilitate swirling the liquid fed via the channel.

EFFECT: higher efficiency of dust separation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к технике мокрого пылеулавливания и может применяться в химической, текстильной, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для очистки запыленных газов.The invention relates to techniques for wet dust collection and can be used in chemical, textile, food, light and other industries for the purification of dusty gases.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является газопромыватель, известный из книги А.А.Русанова. Справочник по пыле- и золоулавливанию. М.: Энергоатомиздат, 1983 г., стр.103, рис.4.21 (прототип), содержащий корпус, состоящий из верхней и нижней секций, патрубок для ввода запыленного газа, патрубок для выхода очищенного газа, брызгоуловитель с центробежным завихрителем и патрубком для отвода жидкости из брызгоуловителя, оросительное устройство, тарелки со стабилизатором, форсунку для периодического орошения завихрителя и шламосборник.The closest technical solution to the claimed object is a gas scrubber, known from the book of A. A. Rusanov. A guide to dust and ash collection. M .: Energoatomizdat, 1983, p. 103, Fig. 4.21 (prototype), comprising a housing consisting of upper and lower sections, a pipe for introducing dusty gas, a pipe for exiting purified gas, a spray catcher with a centrifugal swirler and a pipe for venting liquids from a spray catcher, an irrigation device, plates with a stabilizer, a nozzle for periodic irrigation of a swirler and a sludge collector.

Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса пылеулавливания за счет недостаточно развитой поверхности распыления жидкости.The disadvantage of the prototype is the relatively low efficiency of the dust collection process due to the underdeveloped spray surface of the liquid.

Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пылеулавливания путем увеличения степени распыла жидкости форсунками.EFFECT: increased efficiency and reliability of the dust collection process by increasing the degree of liquid atomization by nozzles.

Это достигается тем, что в газопромывателе, содержащем корпус, состоящий из верхней и нижней секций, патрубок для ввода запыленного газа, патрубок для выхода очищенного газа, брызгоуловитель с центробежным завихрителем и патрубком для отвода жидкости из брызгоуловителя, оросительное устройство, тарелки с вибратором и со стабилизатором, форсунку для периодического орошения и шламосборник, причем ячейки стабилизатора выполнены квадратными, а отношение высоты стабилизатора h_c к ширине ячейки b_c находится в оптимальном интервале величин: h_c/b_c=1,5…1,8, а тарелки выполнены дырчатыми с отношением толщины тарелки h_T к диаметру отверстий d_O, находящимся в оптимальном интервале величин: h_T/d_O=0,5…1,5, или щелевыми с отношением толщины тарелки h_T к ширине щелей b_O, находящимся в оптимальном интервале величин: h_T/b_O=0,8…1,5, при этом отношение высоты корпуса Н к диаметру D находится в оптимальном интервале величин: Н/D=4,0…6,5, а отношение диаметра корпуса D к диаметру брызгоуловителя D₁ находится в оптимальном интервале величин: D/D₁=1,2…1,25, а отношение диаметра корпуса D к диаметрам входного и выходного патрубков D₂ находится в оптимальном интервале величин: D/ D₂=2,0…2,5, оросительное устройство выполнено в виде акустической форсунки для распыливания жидкостей, содержащей корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, и трубки для подвода распыливающего агента и жидкости, причем корпус выполнен в виде стакана с днищем с размещенным внутри корпуса генератором акустических колебаний в виде полого стержня с клиновой щелью и соплом, при этом жидкость поступает к кольцевому зазору, выполненному между внешней поверхностью резонатора и внутренней поверхностью сопла, причем канал для подвода жидкости расположен тангенциально к внутренней поверхности стакана и выполнен в форме прямоугольной щели, при этом воздух подается через штуцер в корпусе к отверстию резонатора, а затем поступает, по крайней мере, в одну клиновую щель, расположенную под углом по отношению к оси резонатора, причем величина угла находится в оптимальном интервале величин: 30°÷60°, а в кольцевом зазоре между внутренней поверхностью стакана и внешней поверхностью резонатора размещено винтовое направляющее устройство, способствующее созданию вихревого потока жидкости, поступающей по каналу.This is achieved by the fact that in a gas scrubber containing a housing consisting of upper and lower sections, a nozzle for introducing dusty gas, a nozzle for exiting purified gas, a spray catcher with a centrifugal swirler and a nozzle for draining liquid from the spray catcher, an irrigation device, plates with a vibrator and stabilizer, a nozzle for periodic irrigation and a sludge collector, and the stabilizer cells are square, and the ratio of the stabilizer height h _c to the cell width b _c is in the optimal range of values: h _c / b _c = 1.5 ... 1.8, and the plates are perforated with the ratio of the plate thickness h _T to the hole diameter d _O being in the optimal range of values: h _T / d _O = 0.5 ... 1.5, or slotted with the ratio of the plate thickness h _T to the slit width b _O in the optimal range of values: h _T / b _O = 0.8 ... 1.5, while the ratio of the height of the casing H to the diameter D is in the optimal range of values: N / D = 4.0 ... 6.5, and the ratio of housing diameter D to diameter D ₁ liquid trap is in an optimal range of values: D / D ₁ = 1.2 ... 1.25, and the ratio of housing diameter D to the diameter of the input and you D of nozzles ₂ located in an optimum range of values: D / D ₂ = 2.0 ... 2.5, irrigation device is designed as an acoustic nozzle for atomization of liquids, comprising a housing disposed inside a generator of acoustic vibrations in a nozzle and the cavity, and the tube for supplying a spraying agent and liquid, the housing being made in the form of a glass with a bottom with an acoustic oscillation generator located inside the housing in the form of a hollow rod with a wedge gap and a nozzle, while the liquid flows to an annular gap made between the outer surface of the resonator and the inner surface of the nozzle, and the channel for supplying fluid is located tangentially to the inner surface of the glass and is made in the form of a rectangular slit, while air is supplied through a fitting in the housing to the hole of the resonator, and then enters at least one a wedge gap located at an angle with respect to the axis of the resonator, the angle being in the optimal range of values: 30 ° ÷ 60 °, and in the annular gap between the inner surface of the glass and the outer surface The resonator has a helical guiding device, which contributes to the creation of a vortex fluid flow entering the channel.

На фиг.1 изображен общий вид газопромывателя, на фиг.2 - схема акустической форсунки.Figure 1 shows a General view of the gas scrubber, figure 2 is a diagram of an acoustic nozzle.

Газопромыватель содержит корпус, состоящий из верхней 4, средней 5 и нижней 7 секций, патрубок для ввода запыленного газа, патрубок для выхода очищенного газа, брызгоуловитель 1 с центробежным завихрителем 2 и патрубком 3 для отвода жидкости из брызгоуловителя, оросительное устройство 9 с акустической форсункой, по меньшей мере, одну тарелку 8 со стабилизатором 6, форсунку для периодического орошения тарелок 8 и шламосборник, причем на тарелках 8 дополнительно установлен вибратор (не показано). Ячейки стабилизатора 6 могут быть выполнены квадратными, а отношение высоты стабилизатора h_c к ширине ячейки b_c находится в оптимальном интервале величин: h_c/b_c=1,5…1,8. Тарелки 8 могут быть выполнены дырчатыми с отношением толщины тарелки h_T к диаметру отверстий d_O, находящимся в оптимальном интервале величин: h_T/d_O=0,5…1,5. Тарелки 8 могут быть выполнены щелевыми с отношением толщины тарелки h_T к ширине щелей b_O, находящимся в оптимальном интервале величин: h_T/b_O=0,8…1,5. Отношение высоты корпуса Н к диаметру D находится в оптимальном интервале величин: Н/D=4,0…6,5. Отношение диаметра корпуса D к диаметру брызгоуловителя D₁ находится в оптимальном интервале величин: D/D₁=1,2…1,25. Отношение диаметра корпуса D к диаметрам входного и выходного патрубков D₂ находится в оптимальном интервале величин: D/D₂=2,0…2,5.The gas scrubber contains a housing consisting of upper 4, middle 5 and lower 7 sections, a nozzle for introducing dusty gas, a nozzle for exiting the purified gas, a spray catcher 1 with a centrifugal swirler 2 and a pipe 3 for draining liquid from the spray catcher, an irrigation device 9 with an acoustic nozzle, at least one plate 8 with a stabilizer 6, a nozzle for periodic irrigation of the plates 8 and a sludge collector, and a vibrator (not shown) is additionally installed on the plates 8. The cells of the stabilizer 6 can be made square, and the ratio of the height of the stabilizer h _c to the cell width b _c is in the optimal range of values: h _c / b _c = 1.5 ... 1.8. Plates 8 can be perforated with a ratio of the plate thickness h _T to the diameter of the holes d _O , which is in the optimal range of values: h _T / d _O = 0.5 ... 1.5. Plates 8 can be made slotted with the ratio of the plate thickness h _T to the width of the slots b _O , which is in the optimal range of values: h _T / b _O = 0.8 ... 1.5. The ratio of the height of the housing N to the diameter D is in the optimal range of values: N / D = 4.0 ... 6.5. The ratio of the diameter of the housing D to the diameter of the splash trap D ₁ is in the optimal range of values: D / D ₁ = 1.2 ... 1.25. The ratio of the diameter of the housing D to the diameters of the inlet and outlet nozzles D ₂ is in the optimal range of values: D / D ₂ = 2.0 ... 2.5.

В качестве распылителя используется акустическая форсунка (фиг.2), содержащая корпус 21, выполненный в виде стакана с днищем 22, с размещенным внутри корпуса генератором акустических колебаний в виде полого стержня 14 с клиновой щелью 15 и соплом 10. Жидкость сначала поступает в кольцевой зазор 11 между внутренней поверхностью корпуса 21 и внешней поверхностью стакана 24, после чего по каналу 25, выполненному в боковой стенке стакана 24, установленного соосно корпусу 21, жидкость поступает в кольцевой зазор между внутренней поверхностью стакана 24 и внешней поверхностью резонатора, а затем поступает к кольцевому зазору, выполненному между внешней поверхностью резонатора 14 и внутренней поверхностью сопла 10.As a spray, an acoustic nozzle is used (Fig. 2), comprising a housing 21 made in the form of a glass with a bottom 22, with an acoustic oscillation generator located inside the housing in the form of a hollow rod 14 with a wedge slot 15 and a nozzle 10. The liquid first enters the annular gap 11 between the inner surface of the housing 21 and the outer surface of the glass 24, after which the channel enters the annular gap between the inner surface of the glass 24 and into the channel 25 made in the side wall of the glass 24, mounted coaxially to the housing 21 eshney surface of the cavity, and then enters the annular gaps formed between the outer surface of the resonator 14 and the inner surface of the nozzle 10.

Воздух подается через штуцер 16, расположенный соосно корпусу 21 форсунки, по трубке 12 с отверстием 17, отверстию 19, выполненному в клапане 18 соосно штуцеру 16, и отверстию 13 резонатора 14, а затем поступает, по крайней мере, в одну клиновую щель 15. Клиновая щель 15 расположена под углом по отношению к оси резонатора 14, причем величина угла находится в оптимальном интервале величин: 30°÷60°. Клапан 18 взаимодействует с седлом 20, выполненным за одно целое с резонатором 14 и опирающимся на упругую прокладку 23, расположенную между торцевыми поверхностями стакана 24 и седла 20. В кольцевом зазоре между внутренней поверхностью стакана 24 и внешней поверхностью резонатора 14 размещено винтовое направляющее устройство 26, способствующее созданию вихревого потока жидкости, поступающей по каналу 25.Air is supplied through the nozzle 16, located coaxially with the nozzle body 21, through a tube 12 with an opening 17, an opening 19 made in the valve 18 coaxially to the nozzle 16, and the hole 13 of the resonator 14, and then enters at least one wedge slot 15. The wedge gap 15 is located at an angle with respect to the axis of the resonator 14, and the angle is in the optimal range of values: 30 ° ÷ 60 °. The valve 18 interacts with the seat 20, made in one piece with the resonator 14 and resting on the elastic gasket 23 located between the end surfaces of the cup 24 and the seat 20. In the annular gap between the inner surface of the cup 24 and the outer surface of the resonator 14 is placed a screw guide device 26, contributing to the creation of a vortex fluid flow entering the channel 25.

Для работы форсунки в оптимальном режиме предусмотрены следующие соотношения ее параметров:For the operation of the nozzle in optimal mode, the following ratios of its parameters are provided:

отношение расстояния h₂ от внешней поверхности днища 22 корпуса 21 до нижнего торца клапана 18 к расстоянию h от внешней поверхности днища 22 корпуса 21 до точки пересечения осей внутреннего отверстия 13 резонатора 14 с клиновой щелью 15 лежит в оптимальном интервале величин: h₂/h=6÷10;the ratio of the distance h ₂ from the outer surface of the bottom 22 of the housing 21 to the lower end of the valve 18 to the distance h from the outer surface of the bottom 22 of the housing 21 to the point of intersection of the axes of the inner hole 13 of the resonator 14 with the wedge gap 15 lies in the optimal range of values: h ₂ / h = 6 ÷ 10;

отношение расстояния h₂ от внешней поверхности днища 22 корпуса 21 до нижнего торца клапана 18 к расстоянию h₁ от внешней поверхности днища 22 корпуса 21 до оси канала 25 подвода жидкости лежит в оптимальном интервале величин: h₂/h₁=1,5÷3;the ratio of the distance h ₂ from the outer surface of the bottom 22 of the housing 21 to the lower end of the valve 18 to the distance h ₁ from the outer surface of the bottom 22 of the housing 21 to the axis of the channel 25 of the fluid supply lies in the optimal range of values: h ₂ / h ₁ = 1,5 ÷ 3 ;

отношение диаметра d₂ сопла 10 к диаметру d₁ внешней поверхности резонатора 14 лежит в оптимальном интервале величин: d₂/d₁=1,3÷1,7;the ratio of the diameter d _{2 of the} nozzle 10 to the diameter d _{1 of the} outer surface of the resonator 14 lies in the optimal range of values: d ₂ / d ₁ = 1.3 ÷ 1.7;

отношение диаметра d₂ сопла 10 к расстоянию h₁ от внешней поверхности днища 22 корпуса 21 до оси канала 25 подвода жидкости лежит в оптимальном интервале величин: d₂/h₁=3,5÷4,5;the ratio of the diameter d _{2 of the} nozzle 10 to the distance h ₁ from the outer surface of the bottom 22 of the housing 21 to the axis of the fluid supply channel 25 lies in the optimal range of values: d ₂ / h ₁ = 3.5 ÷ 4.5;

отношение диаметра d внутреннего отверстия 13 резонатора 14 к расстоянию h от внешней поверхности днища 22 корпуса 21 до точки пересечения осей внутреннего отверстия 13 резонатора 14 с клиновой щелью 15 лежит в оптимальном интервале величин: d/h=0,3÷0,7.the ratio of the diameter d of the inner hole 13 of the resonator 14 to the distance h from the outer surface of the bottom 22 of the housing 21 to the point of intersection of the axes of the inner hole 13 of the resonator 14 with the wedge gap 15 lies in the optimal range of values: d / h = 0.3 ÷ 0.7.

Акустический газопромыватель работает следующим образом.Acoustic scrubber works as follows.

Запыленный газовый поток поступает в корпус через ввод запыленного газового потока и встречает на своем пути тарелку 8, затем газы проходят через слой жидкости в виде пузырьков (пены), на поверхности которых и происходит осаждение частиц пыли. Аппарат работает в режиме мокрого пылеуловителя с провальной тарелкой, что уменьшает вероятность забивания отверстий тарелки 8 пылью, поскольку подвод газов в зону контакта с жидкостью и отвод из этой зоны осуществляется через одни и те же дырчатые или щелевые отверстия тарелок 8. Образование газожидкостной взвеси (пены) дополнительно усиливается созданием виброкипящего слоя в верхних слоях жидкости, расположенной на тарелках 8, за счет применения вибратора, что приводит к более интенсивному взаимодействию потоков газа и жидкости.The dusty gas stream enters the casing through the inlet of the dusty gas stream and meets plate 8 on its way, then the gases pass through the liquid layer in the form of bubbles (foam), on the surface of which dust particles are deposited. The device operates in the mode of a wet dust collector with a failure plate, which reduces the likelihood of clogging of the openings of the plate 8 with dust, since the supply of gases to and from the zone of contact with the liquid is carried out through the same hole or slotted openings of the plates 8. The formation of gas-liquid suspension (foam ) is further enhanced by the creation of a vibro-boiling layer in the upper layers of the liquid located on the plates 8, due to the use of a vibrator, which leads to a more intense interaction of gas and liquid flows.

Акустическая форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом. Распыливающий агент, например воздух, подается по отверстию 17 трубки 12, затем отверстию 19, выполненному в клапане 18, и отверстию 13 резонатора 14, после чего поступает, по крайней мере, в одну клиновую щель 15. Жидкость по каналу 25, выполненному в боковой стенке стакана 24, поступает в кольцевой зазор между внутренней поверхностью стакана 24 и внешней поверхностью резонатора 14. В результате прохождения резонатора 14 распыливающим агентом (например, воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию раствора, подаваемого в кольцевой зазор, при этом, ударяясь, создает звуковые колебания, воздействующие на струю жидкости. Указанная форсунка обеспечивает хорошее качество распыления при малых расходах воздуха. Опыты показали, что при давлении воздуха 100 кПа средний диаметр капель составляет 90 мкм, при увеличении давления воздуха примерно в 4 раза (до 400 кПа) средний диаметр капель уменьшается незначительно и составляет 87 мкм.The acoustic nozzle for spraying liquids works as follows. The spraying agent, for example air, is supplied through the opening 17 of the tube 12, then the opening 19 made in the valve 18, and the opening 13 of the resonator 14, after which it enters at least one wedge slot 15. The liquid is passed through a channel 25 made in the lateral the wall of the cup 24, enters the annular gap between the inner surface of the cup 24 and the outer surface of the resonator 14. As a result of the passage of the resonator 14 by a spraying agent (for example, air), pressure pulsations arise in the latter, creating acoustic vibrations, the frequency of which s depends on the parameters of the resonator. Acoustic vibrations of the spraying agent contribute to finer atomization of the solution supplied to the annular gap, while impacting, it creates sound vibrations affecting the liquid stream. The specified nozzle provides good spray quality at low air flow rates. The experiments showed that at an air pressure of 100 kPa, the average droplet diameter is 90 μm, with an increase in air pressure by about 4 times (up to 400 kPa), the average droplet diameter decreases slightly and amounts to 87 μm.

Предлагаемый аппарат может быть применен для очистки от тонкой фракции пыли и увлажнения воздуха в вентиляционных установках и установках кондиционирования воздуха, а также при улавливании туманов, хорошо растворимой пыли, а также при совместном протекании процессов пылеулавливания, охлаждения газов и их абсорбции. Эффективность предлагаемой конструкции аппарата увеличивается за счет большей поверхности газожидкостной взвеси путем применения вибропсевдоожиженного слоя в жидкости и составляет в вышеуказанных процессах и при улавливании пылевых частиц размером больше 5 мкм порядка 92%…95%.The proposed apparatus can be used to clean fine dust and humidify air in ventilation units and air conditioning units, as well as in trapping mists, readily soluble dust, as well as in joint processes of dust collection, gas cooling and absorption. The effectiveness of the proposed design of the apparatus increases due to the larger surface of the gas-liquid suspension by applying a vibro-fluidized bed in a liquid and in the above processes and when collecting dust particles larger than 5 microns in size is about 92% ... 95%.

Claims

An acoustic gas scrubber containing a housing consisting of upper and lower sections, a nozzle for introducing dusty gas, a nozzle for exiting purified gas, a spray catcher with a centrifugal swirl and a nozzle for draining liquid from the spray catcher, an irrigation device, plates with a vibrator and with a stabilizer, a nozzle for periodic irrigation and sludge collector, and the stabilizer cells are made square, and the ratio of the stabilizer height h _c to the cell width b _c is in the optimal range of values h _c / b _c = 1.5 ... 1.8, and t the plates are made with holes with the ratio of the plate thickness h _T to the diameter of the holes d _O being in the optimal range of values h ₁ / d _O = 0.5 ... 1.5, or slotted with the ratio of the plate thickness h _T to the width of the slots b _O located in the optimal range of values h _T / b _O = 0.8 ... 1.5, while the ratio of the height of the housing N to the diameter D is in the optimal range of values H / D = 4.0 ... 6.5, and the ratio of the diameter of the housing D to the diameter bryzgoulovitelya D ₁ is in the optimum range values D / D ₁ = 1.2 ... 1.25, and the ratio of housing diameter D to the diameter of the inlet and outlet port in D ₂ is in the optimal range of values of D / D ₂ = 2.0 ... 2.5, characterized in that the irrigation device is a speaker nozzles for atomization of liquids, comprising a housing disposed inside a generator of acoustic vibrations in a nozzle and the cavity, and tubes for supplying a sawing agent and liquid, the case being made in the form of a glass with a bottom, with an acoustic oscillation generator located inside the case in the form of a hollow rod with a wedge gap and a nozzle, while the liquid enters the annular gap, between the outer surface of the resonator and the inner surface of the nozzle, and the channel for supplying fluid is located tangentially to the inner surface of the glass and is made in the form of a rectangular slit, while air is supplied through a fitting in the housing to the cavity of the resonator, and then enters at least one a wedge gap located at an angle with respect to the axis of the resonator, the angle being in the optimal range of 30-60 °, and in the annular gap between the inner surface of the glass and the outer surface The cavity of the resonator is equipped with a helical guiding device, which contributes to the creation of a vortex fluid flow entering the channel.