SE448682B - Forfarande for att avlegsna partikelformigt material fran en strom av komprimerad gas - Google Patents

Description

448 682 i strömmen.

Sand- eller grusfilter byggs upp med användning av lager av storlekssorterat kornmaterial med de största kornstorlekarna vanligtvis lagrade på filtrets botten och följande lager av successivt mindre korn ordnade uppåt från bottenlagret. Aerosolbemängd gas passerar från fil- terbäddens botten till dess topp. Aerosolpartiklarna av- lägsnas genom tröghetskrafter, diffusion, infångning, gra- vitetskrafter, korntillväxt och avsättning. På grund av lagren av finsorterade korn vid bäddens övre delar visar sand- eller grusfílter en hög reningseffekt för aerosoler.

Eftersom en sådan bädd uppvisar en begränsad hålrumsvolym kan filtret emellertid endast ta hand om en ringa mängd uppsamlat material per volymenhet filtermaterial som sedan måste ersättas, spolas eller renas på annat sätt.

Den beskrivna hybridtvättaren består av en porös bädd som åtminstone delvis är nedsänkt i en bassäng av tvätt- vätskan. Den porösa bädden kan innehålla kornigt material såsom sand eller grus. Vätskan kan vara vatten. En ström av aerosolbemängd komprimerad luft eller annan gas införs i bäddens botten. Den fördelar sig själv över bädden och strömmar upp genom de oregelbundna kanaler som bildats i bäddens mellanrum. Bädden renas kontinuerligt av den i gasen medryckta vätskan. Den rena gasen lämnar den porösa bädden vid dess topp.

I en passiv självrenande aerosoltvättare för avlägs- nande av partiklar från en komprimerad gas används ett vätsketätt inneslutningskärl som till en del är fyllt med tvättvätska. I inneslutningskärlet har placerats en behål- lare med gastäta sidväggar som från en i vätskan nedsänkt nedre ända sträcker sig till en övre ända. Behållarens övre ända och den porösa bädden kan befinna sig nedanför, i nivå med eller ovanför vätskeytan. Den porösa bädden sträcker sig vertikalt uppåt från en nedsänkt bottennivå som ligger högre än den nedre ändan av behållarens sid- väggar. En gastillförselledning sträcker sig ned i inne- 448 682 slutningskärlet och utmynnar under bädden för att leda aerosolbemängd komprimerad gas till bäddens botten. Bädden är öppen upptill för att vätska, som följt med gasen, skall kunna föras tillbaka till vätskan i inneslutningskärlet.

Den tvättade gasen bortgår genom bäddens topp och bortleds genom ett utlopp.

Förfarandet enligt uppfinningen skall i det följande beskrivas närmare under hänvisning till de bifogade rit- ningarna.

Fig. 1 visar en schematisk tvärsnittsvy genom den vid förfarandet använda aerosoltvättaren, och fig. 2 visar en modifierad tvättare.

Den i fig, l visade tvättaren består i grunden av en porös bädd som åtminstone delvis är nedsänkt i en vätske- bassäng. Gasströmning uppåt initieras genom utsugning av gas från utloppsledningen vid apparatens topp. Aerosolbe~ mängd gas strömmar ned genom inloppsledningen och upp ge- nom de oregelbundna porösa kanalerna i bädden. Vätska stri- lar ned genom bädden på grund av skillnaden i densitet av vätskan utanför bädden och den skenbara densiteten av gas- vätske-blandningen inuti bädden. Genom denna nedstrilning av vätska tvättas den porösa bädden fri från uppsamlad aerosol. Ä Som visas på ritningen består en praktisk utförings- form av anordningen av ett vätsketätt inneslutningskärl 10 med botten ll och anslutande vertikala sidväggar 12. Be~ hållaren är företrädesvis helt tillsluten av ett tak l3, men kan också vara öppen såsom skall beskrivas nedan.

Inneslutningskärlet 10 är delvis fyllt med en vätska 13 till en nivå 14. Vätskan kan vara vatten eller en an- nan önskad vätska. 448 682 I inneslutningskärlet 10 har placerats en i ändarna öp- pen behållare 16 med gastäta sidväggar sträckande sig från en nedre ända 18 till en övre ända 20. Behållarens 16 nedre ända 18 är nedsänkt i vätskan 14, Medan dess övre ända 20 antingen befinner sig intill, ovanför eller nedanför vätske- nivån 15 i inneslutningskärlet 10.

En i behållaren 16 anordnad porös bädd 21 av grus eller annat filtermaterial sträcker sig upp i behållaren 16 från ett bottenläge som ligger ovanför den nedre ändan 18 av be- hâllarens l6 vertikala sidväggar 17. Detta läge avgränsas med hjälp av en tvärsöver rummet mellan sidväggarna 17 an-' ordnad porös eller perforerad platta 22. I den visade före- dragna utföringsformen befinner sig den porösa bädden 21 till ungefär halva sin höjd nedanför vätskenivån 15 och är sålunda nedsänkt i vätskan 14. ' En inloppsledning 23 är anordnad att rikta en ström av komprimerad gas med däri suspenderade partiklar till en plats nedanför den porösa bädden 21. Ledningen visas som ett vertikalt rör av gastätt material sträckande sig genom den porösa bäddens Zl centrum. Inloppsledningen 23 slutar vid en öppen bottenända 24 liggande på en nivå mellan den porösa bäddens 21 botten och behàllarväggarnas 17 nedre ända.

Den porösa bâdden 21 visas täckt av en porös eller per- forerad takplatta 25. Även om en sådan takplatta är önsk- värd, är det emellertid inte alltid nödvändigt att hålla bädden 21 innesluten. Den porösa bäddens 21 överyta är öppen för passage av vätska så att de vätskedroppar, som följt med gasströmmen, över behållarens 16 sidor kan rinna tillbaka ned i vätskan 14 i inneslutningskärlet 10.

Olika material kan användas i den porösa bädden 21. Det porösa materialet måste vara olösligt i vätskan. Det kan va- ra sand eller grus, fibrösa material eller annat packnings- material som vanligtvis används i torr- eller våtfilter.

En utloppsledning 26 är ansluten till inneslutninga- kärlet 10 på en nivå ovanför vätskenivån 15. Efter gasens passage genom den porösa bädden Zl utmatas den genom ledning- en 26. 448 682 Genom närvaron av gas i den av behållaren 16 omslutna porösa bädden 21 minskas den skenbara densiteten av vätskan i bäddens skrymslen. Vid gasens strömning upp genom bädden 21 strömmar eller "pumpas" därför enligt mammutpumpens prin- cip vätskan från inneslutningskärlet 10 in i bäddens botten, upp genom bädden och avrinner över toppen. Uppsamlad aerosol i den porösa bädden 21 borttvättas därigenom kontinuerligt från denna. Denna passiva, självrenande funktion av den po- rösa bädden 21 är ett av de nya särdragen hos denna anord- ning.

Med den visade apparaten avlägsnas aerosoler effektivt från en gasström. Aerosolreningens verkningsgrad kan instäl- las genom ändring av bäddens 21 djup, kornstorlekarna av de packningsmaterial av vilka bädden består, och gasens ström- ningshastighet vid passagen genom bädden. Den enda begräns- ningen vad gäller den mängd uppsamlat material som kan rym- mas i apparaten är volymen av vätskan 14 i inneslutningskär- let 10 och lösligheten av de avlägsnade aerosolmaterialen i vätskan. En annan begränsning är den volym lösliga partiklar som kan rymmas i inneslutningskärlet 10.

Tvättaren är en trefas-tvättare. Den fasta fasen, som består av det porösa materialet i bädden 21, är stationär, medan gas- och vätskefaserna leds i motström genom bädden 21.

På grund av systemets komplicerade natur gjordes undersök- ningar för att utveckla begreppet och mäta tvättarens pre- standa.

En prototyp av tvättaren byggdes i huvudsak på det sätt som visats i fig. l. Bädden hade 300 mm diameter och 610 mm djup och var packad med basalt-grus som siktats mellan +9,S mm och -12,7 mm. Bäddens för gaspassage fria genomströmnings- area var 6,9 dmz. Bäddens hålrumsdel var 0,45 + 0,050.

Det vid försöken använda basaltgruset kännetecknades av att kornen inte hade släta sidor. Det hölls i behållaren 16 mellan horisontella plattor 22 och 25 tillverkade av so- lida plana plåtar med över ytan jämnt fördelade hål och en central öppning för inloppsledningen 23. En annan lämplig typ av stödplatta skulle kunna vara tillverkad av ett lämp- 448- 682 ligt siktmaterial.

Den nedre ändan 18 av behållarens 16 sidväggar 17 är försedd med öppningar 27 anordnade på en nivå ovanför inne- slutningskärlets 10 botten för att förhindra tillbakaföring av olösliga partiklar till den i bädden från undersidan in- strömmande vätskan och gasen. Öppningarna 27 möjliggör in- strömning av vätska underifrån i bådden 21. Området mellan öppningarna 27 och bäddens Zl botten bildar ett rum i vil- ket inkommande gas kortvarigt samlas innan den strömmar upp genom bädden 21.

Som framgår av fig. l är behållarens 16 horisontella tvärarea betydligt mindre än inneslutningskärlets 10. Behål- larens l6 tvärarea är en funktion av den volym gas som måste passera upp genom bädden. Tvärarean och djupet av vätskan 14 i inneslutningskärlet är en funktion av den lagringskapaci- tet som erfordras för att ta hand om den från gasströmmen av- lägsnade aerosolen. _ Inneslutningskärlets 10 vertikala sidväggar 12 befinner sig på avstånd utanför behållarens 16 sidväggar 17. Därige- nom kan vätska inströmma i behållaren 16 genom öppningarna 27 från alla sidorna, och den från behållaren bortgående vätskan avrinna runt hela periferin.

I det speciella exemplet användes för inneslutningskär~ let 10 och behållaren 16 koncentriska cylindriska väggar an- ordnade koamiellt med den vertikala gasinloppsledningen 23.

En serie försök genomfördes med användning av olika aerosoler av natriumföreningar för att mäta verkningsgraden av aerosolrening med användning av vatten som tvättvätska.

I tabell I anges försöksparametrarna visande åâshastigheten baserad på en fri genomströmningsarea hos bädden av 6,9 dmz.

Under varje försök varierades gasens volymflöde och aerosol- prover togs periodiskt både från inloppsledningen 23 och från utloppsledningen 26. Ett vanligt torrfilter placerades i utloppsledningen 26 nedströms om tvättaren för att efter varje försök lakas och analyseras på natrium.

Försöksresultaten har sammanfattats i tabell II. Den totala verkningsgraden beräknades ur den i tvättlösningen 448 682 och på det fibrösa filtret uppsamlade totala mängden natrium.

Den genomsnittliga verkningsgraden beräknades genom det arit- metriska medelvärdet av individuella verkningsgrader bestäm- da från mätningar av den momentana gaskoncentrationen. Dessa värden visar att en förändring av kornstorlekarna i bädden Zl inte har någon inverkan på uppsamlingen. Vid minskning av bäddhöjden till hälften ökade aerosolpenetratíonen med fak- torn 7.

TABELL I Testbetingelser Strömnings- Test Aerosolkälla Aerosoltyp Testtid, h hastighet m/min l Spraybrand Na2CO3 9,7 2 - 30 2 Bassängbrand Na202 4,3 1,2 _ 22 3 Bassängbrand Nazflz 2,7 2 - 27 4 Bassängbrand Na202 4,0 0,8 - 20 S Spraybrand NaOH 24 17 - 27 TABELL II Tentreaultat Total verk- Genomsnittlig Uppsamlad Testad Test ningsgrad verkningsgrad mängd Na, g parameter 99,8 99,18 748 Typ av aerosol 99,8 99,97 590 Typ av aerosol 98,6 98,78 401 Minskat bada- höjd (305 mm) 4 99,8 99,97 S66 Minskad ator- lek av packning (634 '° 915 mm) 5 99,996 99,998 4517 Fibrösfi filter uillßafifi Vid det slutliga testet 5 Qom redovisats i tabellerna I och II kompletterades aerosoltvättaren med ett filter av polypropenfibrer (fig. 2) för att avlägsna medföljande dimma 448 682 och förbättra infångningen av små partiklar. Filtret hade 610 mm ytterdiameter, 460 mm innerdiameter och 610 mm längd.

Det placerades direkt ovanför den porösa bädden 21, från vilken den bortgàende gasen strömmade upp i filtrets 23 cen- trala område och horisontellt ut genom den fibrösa fyllning- en. De små vattendroppar, som följt med den från bädden 21 bortgående gasen, tvättade kontinuerligt bort den uppsamlade aerosolen från filtret. Det speciella testet 5 som redovi- sats i tabellerna I och II genomfördes med användning av en Na0H-aerosol. Tryckfallet över filtret 28 höll sig konstant under testet, vilket visar att fibrerna däri hade blivit tillräckligt tvättade av det medförda vattnet. Detta test vi- sar den ökade reningseffekt som kan uppnås genom att man kombinerar hybridtvättaren med ett tillgängligt fibröst fil- ter.

Hydrauliska test genomfördes utan aerosoler för olika bäddkonfigurationer för att mäta verkningarna av tryckfall, vattencirkulation och vattenstånd. Tryckfallet i den porösa bädden Zl befanns vara oberoende av volymflöden motsvarande strömningshastigheter mellan 0,002 och 0,5 m/s. Tryckfallet i apparaten befanns i främsta rummet vara beroende av det hydrostatiska trycket vid inloppsledningens 23 nedsänkta bottenända 24. Volymflödet av den inre vattencirkulationen befanns vara en funktion av gasens volymflöde, bäddens djup, kornstorleken och inloppsledningens nedsänkningsdjup. Vid kontroll av gasflödets inverkan på vattenflödet visade det sig att vatten pumpades med minskande volymflöde i samma mån som vattenståndet sjönk ungefär till bäddens halva djup.

Testparametern med det största inflytandet på vattenflödet var inloppsledningens 23 nedsänkningsdjup.

Apparaten enligt uppfinningen är kapabel att hantera en gasström vid tryck av 70-350 kPa, som är typiska för kärl som används i kärnreaktorinstallationer. Gasströmmar som släpps ut från sådana inneslutningskärl kan om så är nödvän- digt strypas för att klara begränsningarna för volymflödet i en speciell tvättare. Ingen annan pumpning krävs för gas- strömmen, varigenom varje som helst energibehov för tvätta- a 448 682 rens aktivering bortfaller.

De på försöksmodellen utförda testen visar att en pas- siv självrenande tvättare kan baseras på en strömningshas- tighet hos gasen av 0,5 m/s och ett bäddjup av 600 mm. Aero- solreningens verkningsgrad kan förutses överstiga 99% för sådana aerosoler som kan förväntas uppträda i en kärnkraft- anläggning. Verkningsgraden för aerosolrening skulle översti- ga 99,9% för alla sannolika kornfördelningar om ett passivt fibröst filter medtogs såsom visats i fig. 2.

I denna apparat används en mammutpump för att cirkulera tvättvätska genom den porösa bädden 21. Denna hålls ren un- der tvättarens användning utan att man behöver använda en yttre vätskepump som då i sin tur skulle kräva en energikäl- la. Detta är av största vikt när elkraft inte finns att till- gå.

En tvättare kan konstrueras så att dess verkningsgrad för aerosolreningen erhåller det för en speciell användning erforderliga värdet. En hög verkningsgrad för avlägsnandet av små partiklar kan förverkligas. Detta är en avgjord för- del jämfört med nedsänkta rör, där stora bubblor leder till låga verkningsgrader för avlägsnandet av finare partiklar.

Eftersom den porösa bädden 21 ständigt hålls våt kommer medryckt damm antingen att upplösas eller sköljas bort från bäddmaterialet. Stoiånmängder luftburna partiklar kan därför följa med gasen utan/den porösa bädden 21 blir igensatt.

Jämfört med ett enkelt nedsänkt rör har denna apparat ett mycket lägre tryckfall i en anordning som framtagits för att ge samma verkningsgrad för reningen. Detta beror på att gasströmmen dispergeras till små blåsor när den inkommer i den porösa bädden 21.

Alla genomströmningskanalerna i den porösa bädden, som är mer eller mindre trånga, blir tvättade av vätskan och blir därför inte igentäppta. Inloppsledningen 23, som inte tvättas, kan ha den storlek som önskas för att igensättning skall förhindras. Detta innebär en stor förbättring jämfört med andra bubbelframkallande anordningar, t.ex. smala bubbel- rör nedsänkta i tvättvätskan. 448 682" 10' Anordningen enligt uppfinningen kan byggas av enkla och lättillgängliga delar som är lätta att tillverka, och bör därför kunna konstrueras till relativt låga kostnader.

Apparaten är tillförlitlig och kan omedelbart tas i drift efter att ha stått overksam i flera år. Det är bara vätskeståndet som behöver kontrolleras periodiskt. För funk- tionen krävs inga krångliga delar eller kontroller och inte heller någon hjälpkraft.

Claims (1)

1. n; 117 'DO G0 P0 PATENTKRAV Förfarande för att avlägsna partikelformigt material från en ström av komprimerad gas, k ä n n e t e c k n a t ge- nom åtgärderna: a) att anskaffa en vid ändan öppen behållare (16) med för gas ogenomsträngliga, upprättstående sidväggar (l7); b) att fylla den i ändan öppna behållaren (16) med en po- rös bädd (21); c) att omsluta den i ändan öppna behållaren (16) med ett vätsketätt hölje (l0) för bildning av ett ringformigt rum mellan den i ändan öppna behållaren (16) och det vätsketä- ta höljet (l0); d) att fylla det vätsketäta höljet (10) partiellt så att den porösa bädden blir nedsänkt i vätskan till åtminstone halva sin höjd; e) att leda en ström av gas genom den porösa bädden (21) för att avlägsna det partikelformiga materialet och minska densiteten av vätskan (14) inüti den porösa bädden (21) och bringa vätskan (14) i den porösa bädden (21) att pumpas upp över behållarens (16) sidväggar (17) och in i det ringforé miga rummet på grund av densitetsdifferensen mellan vätskan (14) i den porösa bädden (21) och i det ringformiga rummet och för att vidare bringa vätska (14) att från det ringfor- miga rummet strömma in i den porösa bädden (21) genom bot- ten av den i ändan öppna behållaren (16) för att ersätta den pumpade vätskan (14) och därigenom åstadkomma cirkula- tion av vätska (14) mellan den porösa bädden (Zl) och det ringformiga rummet.