RU2844290C1

RU2844290C1 - Centrifugal-bubbling apparatus

Info

Publication number: RU2844290C1
Application number: RU2024137551A
Authority: RU
Inventors: Павел Александрович Мищенко
Filing date: 2024-12-13
Publication date: 2025-07-28

Abstract

FIELD: performing operations.

SUBSTANCE: invention relates to devices for cleaning air or a mixture of gases from solid or liquid particles, as well as from water-soluble gases, when using different chemically active absorption solutions as the liquid phase. Disclosed is a centrifugal bubbling apparatus comprising a housing, an air duct, fluid outlets, swirler formed by tangentially directed blades located in a circumferential direction is equipped with a liquid supply system in the form of tangentially located full-flare nozzles directed into the inter-blade space of the swirler, wherein number of nozzles is proportional to number of tangentially directed blades in swirler.

EFFECT: enlarging the working range of the device capacity, in general reducing the aerodynamic resistance and increasing the gas cleaning degree.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для очистки воздуха или смеси газов от твердых или жидких частиц, а также от водорастворимых газов, при использовании в качестве жидкой фазы различных химически активных поглотительных растворов.The invention relates to devices for purifying air or a mixture of gases from solid or liquid particles, as well as from water-soluble gases, using various chemically active absorbent solutions as the liquid phase.

В большинстве газоочистных аппаратов, работающих на принципе центробежно-барботажного слоя (кольцевые эмульгаторы, вихревые скрубберы, центробежно-барботажные скрубберы, центробежные гидрофильтры) подача жидкости осуществляется свободным истечением струи в зону области входа газа в закручивающее устройство. При этом, для вовлечения жидкости во вращательное движение, а также дробление струи на отдельные капли необходимо достичь требуемых скоростей потока газа, минимальное значение которых составляет 12-15 м/с. При скоростях потока газа ниже указанных значений внутри закручивающего устройства не образуется вращающийся барботажный слой и не происходит процесс эффективной газоочистки. По этой причине у большинства центробежно-барботажных аппаратов имеется нижнее ограничение по производительности, и при снижении расхода газа на 25-30% от оптимальной, расчетной производительности, степень газоочистки резко снижается из-за отсутствия газожидкостного слоя, который должен перекрывать траектории движения загрязненного газа. Верхняя граница производительности центробежно-барботажных аппаратов ограничена ростом аэродинамического сопротивления, а также возможным выносом капельной жидкости из аппарата.In most gas cleaning devices operating on the principle of a centrifugal-bubbling layer (ring emulsifiers, vortex scrubbers, centrifugal-bubbling scrubbers, centrifugal hydrofilters), liquid is supplied by a free flow of a jet into the gas inlet area of the swirling device. In this case, in order to involve the liquid in a rotary motion, as well as to break the jet into individual drops, it is necessary to achieve the required gas flow rates, the minimum value of which is 12-15 m/s. At gas flow rates below the specified values, a rotating bubbling layer is not formed inside the swirling device and the process of effective gas cleaning does not occur. For this reason, most centrifugal-bubbling devices have a lower limit on productivity, and when the gas consumption is reduced by 25-30% from the optimal, calculated productivity, the degree of gas cleaning is sharply reduced due to the absence of a gas-liquid layer, which should block the trajectories of the contaminated gas. The upper limit of the productivity of centrifugal-bubbling devices is limited by the growth of aerodynamic resistance, as well as the possible removal of liquid droplets from the device.

Известно устройство для очистки промышленных объектов от угольной пыли (патент РФ №2450849, 18.06.2010, B01D 50/00). Устройство включает корпус с входным и выходным патрубками, всасывающий вентилятор с электродвигателем, имеющим защитный кожух, центробежно-барботажный аппарат с направляющей решеткой и камеру сбора. Внутри корпуса дополнительно установлены камера сепарации и отбойник. Направляющая решетка расположена непосредственно внутри камеры центробежного вентилятора, всасывающее отверстие которой выполнено в виде полого усеченного конуса, соединенного верхним основанием с верхним фланцем направляющей решетки, а своим нижним основанием с входным патрубком корпуса. На боковой поверхности камеры сепарации выполнены специальные окна и отверстия для прохода газа и жидкости.A device for cleaning industrial facilities from coal dust is known (RU Patent No. 2450849, 18.06.2010, B01D 50/00). The device includes a housing with inlet and outlet pipes, a suction fan with an electric motor having a protective casing, a centrifugal bubbling apparatus with a guide grate and a collection chamber. A separation chamber and a baffle are additionally installed inside the housing. The guide grate is located directly inside the centrifugal fan chamber, the suction opening of which is made in the form of a hollow truncated cone connected by its upper base to the upper flange of the guide grate, and by its lower base to the inlet pipe of the housing. Special windows and openings for the passage of gas and liquid are made on the side surface of the separation chamber.

К недостаткам устройства можно отнести конструктивную особенность расположения вентилятора и центробежно-барботажного аппарата таким образом, что запыленный воздух сначала поступает в рабочее колесо вентилятора, а затем следует в блок очистки (ЦБА), тем самым, неочищенный воздух, содержащий абразивную угольную пыль, способствует повышенному износу рабочего колеса вентилятора. По этой же причине, при улавливании влажной пыли возможно ее налипание на рабочем колесе вентилятора, что приводит к дисбалансу, вибрациям и последующей поломке устройства. Устройство может работать в строгом диапазоне производительности, причем нижнюю границу производительности определяет скорость воздуха в межлопаточном пространстве центробежно-барботажного аппарата, при снижении которой ниже определенных значений не образуется газожидкостный слой и не происходит процесс эффективной пылеочистки.The disadvantages of the device include the design feature of the fan and centrifugal bubbling apparatus location in such a way that dusty air first enters the fan impeller and then goes to the cleaning unit (CBA), thus, unpurified air containing abrasive carbon dust contributes to increased wear of the fan impeller. For the same reason, when wet dust is captured, it may stick to the fan impeller, which leads to imbalance, vibrations and subsequent failure of the device. The device can operate in a strict performance range, and the lower limit of performance is determined by the air speed in the interblade space of the centrifugal bubbling apparatus, when it decreases below certain values, a gas-liquid layer is not formed and the process of effective dust cleaning does not occur.

Известно устройство для очистки газа и воздуха (патент РФ №2404838, 20.07.2009, B01D 3/30, B01D 53/18). Устройство содержит размещенные в корпусе, имеющем патрубки для ввода и вывода жидкости и газа, одну или более смесительных ступеней, расположенных соосно по вертикали, каждая из которых выполнена в виде завихрителя, представляющего собой цилиндрическую обечайку с тангенциальными щелями и прямыми лопатками, установленными по касательной к внутренней окружности. Торец обечайки, обращенный к поступающему потоку смеси, закрыт диском таким образом, чтобы при растекании смесь попадала через щели в пространство между лопатками, а с другого торца лопатки обечайки закреплены на диске с центральным отверстием, предназначенным для выхода закрученного вспененного газожидкостного потока. Сепаратором служит жестко закрепленный статичный элемент (плоский диск или конус), размещенный под центральным отверстием диска последней смесительной ступени, перекрывающий сечение выходящего потока и использующий для разделения жидкости и газа центробежные силы от закрутки газожидкостного потока на выходе из завихрителя.A device for cleaning gas and air is known (RU Patent No. 2404838, 20.07.2009 , B01D 3/30, B01D 53/18). The device comprises one or more mixing stages arranged coaxially along the vertical, each of which is made in the form of a swirler, which is a cylindrical shell with tangential slots and straight blades installed tangent to the inner circle, located in a housing having pipes for the input and output of liquid and gas. The end of the shell facing the incoming mixture flow is closed by a disk in such a way that when the mixture spreads, it gets through the slots into the space between the blades, and from the other end the blades of the shell are fixed on a disk with a central hole intended for the output of a swirling foamed gas-liquid flow. The separator is a rigidly fixed static element (a flat disk or cone) placed under the central opening of the disk of the last mixing stage, blocking the cross-section of the outgoing flow and using centrifugal forces from the swirling of the gas-liquid flow at the outlet of the swirler to separate the liquid and gas.

К недостаткам данного устройства можно отнести систему подачи жидкости, которая организована таким образом, что жидкость поступает через патрубки ввода жидкости на верхний диск завихрителя, по которому растекается свободной струей. Такой способ подачи жидкости имеет неравномерности, приводящие к образованию границ сухое/мокрое, что способствует налипанию пыли на диске завихрителя, усугубляя неравномерность распределения жидкости по лопаткам завихрителя, тем самым вызывая неравномерность смачивания лопаток завихрителя, что приводит к зарастанию меж лопаточного пространства пылью при очистке сильнозапыленных газов. Также устройство может работать только в строгом диапазоне производительности, причем нижнюю границу производительности определяет скорость воздуха в межлопаточном пространстве центробежно-барботажного аппарата, при снижении которой ниже определенных значений не образуется газожидкостный слой и не происходит процесс эффективной пылеочистки.The disadvantages of this device include the liquid supply system, which is organized in such a way that the liquid enters through the liquid inlet pipes onto the upper disk of the swirler, where it spreads as a free stream. This method of liquid supply has unevenness, leading to the formation of dry/wet boundaries, which contributes to dust sticking to the swirler disk, aggravating the uneven distribution of liquid over the swirler blades, thereby causing uneven wetting of the swirler blades, which leads to the interblade space becoming clogged with dust when cleaning highly dusty gases. Also, the device can only operate in a strict performance range, and the lower limit of performance is determined by the air velocity in the interblade space of the centrifugal-bubbling apparatus, when it decreases below certain values, a gas-liquid layer is not formed and the process of effective dust cleaning does not occur.

Известно устройство для его осуществления (патент РФ №2236890, 22.05.2003, B01D 47/00), в котором зоны очищаемого и очищенного газов отделены плоской мембраной, на которой смонтированы специальные модули очистки, содержащие вращающиеся барботажные кольца с жидкостью и газом, при этом удаление шлама и отработанной жидкости из каждого установленного модуля осуществляется через специальные гидрозатворы с самозапирающимися клапанами.A device for its implementation is known (RU Patent No. 2236890, 22.05.2003, B01D 47/00), in which the zones of purified and purified gases are separated by a flat membrane, on which special purification modules are mounted, containing rotating bubbling rings with liquid and gas, while the removal of sludge and waste liquid from each installed module is carried out through special hydraulic seals with self-locking valves.

К недостаткам данного устройства можно отнести способ подачи жидкости через камеры ввода жидкости, в которых выполнены отверстия для прохождения жидкости. Диаметр отверстий должен позволять жидкости свободно истекать из канала, при этом без напора, чтобы не ударяться в нижний диск завихрителя, а вовлекаться в межлопаточное пространство. Количество отверстий в камерах ввода жидкости должно быть меньше количества лопаток завихрителя, чтобы обеспечить оптимальный расход жидкости, поэтому отверстия располагаются через одну, две или три лопатки завихрителя Описанный способ подачи жидкости, при котором жидкость поступает свободно падающей струей через отверстие канала в межлопаточное пространство способствует неравномерному смачиванию лопаток завихрителя, при очистке запыленного газа происходит налипание пыли на границе сухое/мокрое. Кроме этого, нижнюю границу производительности определяет скорость воздуха в межлопаточном пространстве завихрителя, при снижении которой ниже определенных значений не образуется газожидкостный слой и не происходит процесс эффективной пылеочистки.The disadvantages of this device include the method of feeding liquid through the liquid inlet chambers, in which holes are made for the passage of liquid. The diameter of the holes should allow the liquid to flow freely from the channel, without pressure, so as not to hit the lower disk of the swirler, but to be drawn into the interblade space. The number of holes in the liquid inlet chambers should be less than the number of swirler blades in order to ensure optimal liquid flow, so the holes are located through one, two or three swirler blades. The described method of liquid supply, in which the liquid enters as a free-falling stream through the channel opening into the interblade space, contributes to uneven wetting of the swirler blades; when cleaning dusty gas, dust sticks to the dry/wet boundary. In addition, the lower limit of performance is determined by the air velocity in the interblade space of the swirler; when it decreases below certain values, a gas-liquid layer is not formed and the process of effective dust cleaning does not occur.

Наиболее близким аналогом является вихревая камера для контакта газа и жидкости (патент РФ №2555029, 11.11.2013, B01D 47/06), вход в которую по газу распределен по ее боковой поверхности и образован устройством закрутки газа, а выход по газу расположен внутри этого устройства, согласно изобретению включает раскручивающее устройство, прилегающие к устройству закрутки газа или встроенное в него и образующее выход по жидкости из вихревой камеры. Простейший вариант такого раскручивающего устройства представляет одно- или многозаходная улитка, образованная одной или несколькими спиральными (раскрывающимися по направлению потока) обечайками с перекрывающими друг друга по радиусу концами. Области их перекрытия и образуют тангенциальные щели для вывода жидкости из камеры. Внутренний радиус раскручивающего устройства близок к максимальному радиусу внутренней поверхности устройства закрутки газа, а выход по жидкости образован одной или несколькими тангенциальными щелями, соединяющими вихревую камеру с областью ввода газа в нее. Вводимая в камеру жидкость вовлекается газом в вихревое движение, отбрасывается центробежными силами к внутренней поверхности устройства закрутки газа и диспергируется газовыми струями. К недостаткам можно отнести способ подачи жидкости, при котором жидкость вовлекается газом в вихревое движение только при условии достаточно высокой скорости газа, на практике, при расчете вихревой камеры, данная скорость должна быть не ниже 15 м/с. По этой причине, при снижении скорости газа или уменьшении производительности аппарата по объему очищаемого газа, вовлекаемая потоком газа жидкость не диспергируется и не происходит образование вращающегося газо-жидкостного слоя. Для задач аспирации, в которых количество источников пыления может меняться в процессе работы, падение эффективности очистки газа при снижении объема газа является существенным недостатком.The closest analogue is a vortex chamber for contact of gas and liquid (RU Patent No. 2555029, 11.11.2013, B01D 47/06), the gas inlet of which is distributed along its lateral surface and is formed by a gas swirling device, and the gas outlet is located inside this device, according to the invention includes a spinning device adjacent to the gas swirling device or built into it and forming a liquid outlet from the vortex chamber. The simplest version of such a spinning device is a single- or multi-start snail formed by one or more spiral (opening in the direction of the flow) shells with ends overlapping each other along the radius. The areas of their overlap form tangential slots for the discharge of liquid from the chamber. The inner radius of the swirling device is close to the maximum radius of the inner surface of the gas swirling device, and the liquid outlet is formed by one or more tangential slots connecting the vortex chamber with the gas input area. The liquid introduced into the chamber is drawn into a vortex motion by the gas, thrown back by centrifugal forces to the inner surface of the gas swirling device and dispersed by gas jets. The disadvantages include the method of liquid supply, in which the liquid is drawn into a vortex motion by the gas only under the condition of a sufficiently high gas velocity; in practice, when calculating the vortex chamber, this velocity should be no lower than 15 m/s. For this reason, when the gas velocity decreases or the device performance by the volume of purified gas decreases, the liquid drawn into the gas flow is not dispersed and a rotating gas-liquid layer is not formed. For aspiration tasks, in which the number of dust sources can change during operation, a drop in gas purification efficiency with a decrease in gas volume is a significant disadvantage.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении рабочего диапазона производительности аппарата за счет снижения нижней границы рабочих скоростей воздуха, в общем снижении аэродинамического сопротивления за счет установки системы подачи жидкости с использованием полнофакельных форсунок, создающих эффект эжектирования загрязненных газов, и в повышении степени газоочистки за счет добавления к вращающемуся газожидкостному слою форсуночного распыла жидкости.The present invention is aimed at achieving a technical result consisting in increasing the operating range of the device's performance by reducing the lower limit of operating air speeds, in a general reduction in aerodynamic resistance by installing a liquid supply system using full-flame nozzles that create the effect of ejecting contaminated gases, and in increasing the degree of gas purification by adding a liquid spray to the rotating gas-liquid layer.

Технический результат достигается тем, что в центробежно-барботажном аппарате, содержащем корпус, воздуховод, отводы для жидкости, завихритель, образованный расположенными по окружности тангенциально направленными лопатками, согласно изобретению, центробежно-барботажный аппарат оснащен системой подачи жидкости в виде тангенциально расположенных полнофакельных форсунок, направленных в межлопаточное пространство завихрителя, при этом количество форсунок пропорционально количеству тангенциально направленных лопаток в завихрителе. Для задач, требующих низкий коэффициент газосодержания в газожидкостном слое, например при абсорбции плохорастворимых газов, количество форсунок равняется количеству межлопаточных отверстий. Для пылевых, задач, в которых газосодержание в газожидкостном слоя допускается высокое и общая удельная подача жидкости может быть ниже 1 л/м³, допускается использование меньшего количества форсунок, которые устанавливаются через одну или две лопатки завихрителя. Способ подачи жидкости, при котором ее диспергация достигается не за счет энергии набегающего потока газа, а за счет энергии насоса и распыления в форсунке, образование газожидкостного слоя внутри завихрителя достигается уже при небольших скоростях газа (менее 7 м/с), тем самым нижняя граница рабочей производительности центробежно-барботажного аппарата сдвигается в сторону уменьшения, и аппарат может полноценно очищать газ при уменьшении производительности до 70% от расчетного.The technical result is achieved by the fact that in a centrifugal bubbling apparatus comprising a housing, an air duct, liquid outlets, a swirler formed by tangentially directed blades arranged around a circumference, according to the invention, the centrifugal bubbling apparatus is equipped with a liquid supply system in the form of tangentially arranged full-flame nozzles directed into the inter-blade space of the swirler, wherein the number of nozzles is proportional to the number of tangentially directed blades in the swirler. For tasks requiring a low gas content coefficient in the gas-liquid layer, for example, when absorbing poorly soluble gases, the number of nozzles is equal to the number of inter-blade openings. For dust tasks, in which the gas content in the gas-liquid layer is allowed to be high and the total specific liquid supply may be lower than 1 l/m ³ , it is allowed to use a smaller number of nozzles, which are installed through one or two swirler blades. A method of supplying liquid, in which its dispersion is achieved not by the energy of the oncoming gas flow, but by the energy of the pump and spraying in the nozzle, the formation of a gas-liquid layer inside the swirler is achieved already at low gas velocities (less than 7 m/s), thereby the lower limit of the working productivity of the centrifugal-bubbling apparatus shifts towards a decrease, and the apparatus can fully purify the gas with a decrease in productivity to 70% of the calculated one.

На фиг. 1 показана схема аппарата в продольном разрезе, где:Fig. 1 shows a diagram of the apparatus in longitudinal section, where:

1 - корпус центробежно-барботажного аппарата;1 - centrifugal bubbling apparatus body;

2 - фланец крепления для воздуховода с загрязненным воздухом;2 - mounting flange for air duct with contaminated air;

3 - фланец крепления для воздуховода очищенного воздуха;3 - mounting flange for purified air duct;

4 - загрязненный воздух;4 - polluted air;

5 - завихритель;5 - swirl;

6 - общий коллектор;6 - common collector;

7 - форсунки;7 - nozzles;

8 - фиксирующий механизм для форсунок;8 - locking mechanism for injectors;

9 - канал для сбора жидкости;9 - channel for collecting liquid;

10 - патрубок для слива жидкости;10 - liquid drain pipe;

11 - вращающийся газо-жидкостный слой;11 - rotating gas-liquid layer;

12 - гибкие отводы для жидкости;12 - flexible liquid outlets;

13 - каплеотделитель.13 - drip separator.

Устройство работает следующим образом. Корпус центробежно-барботажного аппарата 1 имеет фланец крепления 2 для воздуховода с загрязненным воздухом и фланец крепления 3 для воздуховода очищенного воздуха. Загрязненный воздух 4 поступает в корпус аппарата, приобретает вращательное движение в завихрителе 5, барботируется сквозь вращающийся газо-жидкостный слой 11, движется через зону каплеотделителя 13 и покидает аппарат. Жидкость поступает в устройство через общий коллектор 6 по гибким отводам 12 и распыляется в полнофакельных форсунках 7. Количество форсунок пропорционально количеству тангенциально расположенных лопаток в завихрителе. Форсунки 7 закреплены к корпусу устройства фиксирующим механизмом 8, позволяющим извлекать форсунку, например для чистки, а также регулировать глубину расположения форсунки в корпусе. В канале 9 собирается жидкость для слива из устройства через патрубок 10.The device operates as follows. The housing of the centrifugal bubbling apparatus 1 has a mounting flange 2 for an air duct with contaminated air and a mounting flange 3 for an air duct with purified air. Contaminated air 4 enters the housing of the device, acquires a rotational motion in the swirler 5, bubbles through a rotating gas-liquid layer 11, moves through the zone of the droplet separator 13 and leaves the device. Liquid enters the device through a common collector 6 along flexible branches 12 and is sprayed in full-flame nozzles 7. The number of nozzles is proportional to the number of tangentially located blades in the swirler. Nozzles 7 are fixed to the housing of the device by a locking mechanism 8, which allows the nozzle to be removed, for example, for cleaning, and also to adjust the depth of the nozzle in the housing. Liquid is collected in the channel 9 for draining from the device through the branch pipe 10.

Предлагаемое устройство позволяет:The proposed device allows:

1. снизить нижнюю границу производительности ЦБА;1. reduce the lower limit of the CBA productivity;

2. уменьшить гидравлическое сопротивление ЦБА за счет эффекта эжектирования газов;2. reduce the hydraulic resistance of the central heating system due to the gas ejection effect;

3. увеличить эффективность очистки за счет дополнительного распыла жидкости на входе газов в завихритель.3. increase the cleaning efficiency by additionally spraying liquid at the gas inlet to the swirler.

Claims

A centrifugal bubbling apparatus comprising a housing, an air duct, liquid outlets, a swirler formed by tangentially directed blades arranged around a circumference, characterized in that the centrifugal bubbling apparatus is equipped with a liquid supply system in the form of tangentially arranged full-flame nozzles directed into the inter-blade space of the swirler, wherein the number of nozzles is proportional to the number of tangentially directed blades in the swirler.